- •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
2.6. Элементопоток ванадия в техносфере.
Ванадий занимает семнадцатое место в перечне наиболее распространенных химических элементов. Его содержание в земной коре оценивается 0,019 % (масс.), а концентрация в воде морей и океанов составляет 1,5∙10-6 г/л. /241, 244/. Распределение ванадия между осадочными и гранитными слоями литосферы, растительностью континентов, педосферой и гидросферой представлены в таблице 34. /243, 245/
Таблица 34. Ванадий в природной среде, млн. т
Литосфера |
Гидросфера |
Педосфера |
Растительность |
|
Осадочные породы |
Гранитный слой |
|||
171 |
623 |
2004 |
9,3 |
3,75 |
В природе происходит постоянное перераспределение ванадия. В глобальные миграционные потоки ванадия вовлечено свыше 3 млн. т металла /243…246/. Основным направлением миграции ванадия в природной среде является вынос в мировой океан, в котором накоплено свыше 2 млрд. т металла. Ванадий относится к рассеянным элементам и в литосфере встречается в основном в комплексных полиметаллических рудах. Местом концентрации ванадия являются титаномагнетитовые и ильменит-магнетитовые руды, основные запасы которых сосредоточенны в ЮАР, России, Китае и США. В повышенных концентрациях ванадий также встречается в бокситах и в ряде других комплексных руд: уран-ванадиевых, свинцово-цинковых.
Таблица 35. Глобальные миграционные потоки ванадия, тыс. т/год
Биологический круговорот |
Эоловый вынос с континента |
Речной сток |
||
На суше |
В океанах |
В растворах |
В составе взвесей |
|
260 |
330 |
250 |
40 |
2300 |
Общие мировые промышленные запасы ванадия в рудах (в пересчете на пентаоксид ванадия) составляют около 28 млн. т, а прогнозные оцениваются в 100 млн. т. /246…249/. Большие запасы ванадия сосредоточены в осадочных месторождениях: битуминозных сланцах, сырой нефти и нефтеносных песках, фосфатных породах и т.п. При их переработке ванадий накапливается в различных отходах перерабатывающих производств, шлаках, шламах, золах, которые складируются в непосредственной близости от перерабатывающих предприятий и представляют собой техногенные месторождения. К ванадиевым ресурсам техногенного происхождения относятся: золы и шлаки тепловых электростанций (ЗШО ТЭС), отработанные катализаторы сернокислотного производства, шламы титанового и глиноземного производств, попутные продукты и вторичные материалы ванадиевого и феррованадиевого производств /243, 249, 250/.
Богатым источником ванадия является нефть. При крекинге нефти ванадий переходит в тяжелые фракции, где его концентрация возрастает в десятки раз. Тяжелые фракции нефтеперегонки впоследствии сжигают на ТЭС, при чем органическая часть сгорает, а неорганическая часть оседает на поверхностях котлоагрегатов и газовых трактов ТЭС. При этом содержание ванадия в ЗШО ТЭС возрастает до 20-40 % (масс.).
На многих глиноземных заводах предусмотрено выделение соединений ванадия из алюминатных растворов в виде «ванадиевого шлама». Количество ванадия, переходящего в глиноземном производстве в ванадиевый шлам, оценивается в 1500-1600 т/год /248/.
Металлургию ванадия подразделяют на три основных способа:
пирометаллургический – ванадий извлекают из ванадийсодержащего шлака, получаемого в качестве попутного продукта при производстве стали деванадацией ванадиевого чугуна, выплавляемого из титаномагнетитовых и ильменит-магнетитовых руд;
гидрометаллургический – при котором ванадий извлекают химическим выщелачиванием из обожженных (с необходимыми добавками) титаномагнетитовых и ильменит-магнетитовых концентратов;
из техногенных материалов – ванадий экстрагируют из вторичных материалов техногенного происхождения с использованием различных гидрохимических технологий.
Развитие технологий извлечения ванадия из вторичных материалов в настоящее время обусловлено в основном отсутствием в некоторых странах необходимой рудной базы ванадийсодержащего титаномагнетитового сырья, наличием большого количества отходов других производств, богатых по содержанию ванадия (от 1,5 до 50 % (масс.)), а также жестким экологическим законодательством, предусматривающим высокие платежи за загрязнение окружающей среды.
При определении параметров элементопотока ванадия в техногенной среде были приняты следующие исходные данные и сделаны допущения /243, 246, 249…258/:
расчет выполнен на металлический ванадий, годовое производство которого в мире принято равным 43000 т;
не учитывались потери при транспортировке материалов;
структура источников сырья: ванадийсодержащий шлак (68 %), первичная руда (23,4 %), техногенные (8,6 %);
использование ванадия: для легирования стали в черной металлургии (87 %), в цветной металлургии (8 %), в химической промышленности (5 %);
потери ванадия при производстве пентаоксида по гидрометаллургической технологии – 15 %;
потери ванадия при обогащении по гидрометаллургической схеме – 48 %;
переход ванадия в шлак в ходе конвертерной плавки составляет 90 %;
годовая добыча нефти составляет 3,3 млрд. т при среднем содержании ванадия 50 г/т;
при переработке нефти 90% ванадия остается в мазуте;
70 % мазута используется для сжигания на ТЭС;
при сжигании мазута на ТЭС улавливание ванадийсодержащей пыли составляет 50%;
потери ванадия при производстве ферросплава составляют 8%;
при легировании стали феррованадием, металлом усваивается 80 % ванадия;
потери ванадия в химической промышленности составляют 20 %;
потери ванадия при производстве лигатур и при легировании цветных металлов приняты 20%;
основная часть отработанных ванадийсодержащих аккумуляторов (ОВК) возвращается на переработку, а оставшаяся аккумулируется в виде отходов в специальных накопителях, остальные виды ванадийсодержащих изделий не утилизируются и содержащийся в них ванадий постепенно распространяется в окружающую среду;
ванадий, находящийся в металлофонде, частично поступает в окружающую среду в процессе коррозии стальных изделий, а частично снова вовлекается в металлургическое производство в составе металлолома, пропорционально железу, участвующему в этих процессах;
цветные металлы, содержащие ванадий (в основном титан и его сплавы) и применяющиеся в авиационных и космических отраслях, после использования, как правило, безвозвратно теряются, и ванадий попадает в окружающую среду.
Результаты расчетов параметров элементопотока ванадия в техногенной среде представлены на рисунке 11 и в таблице 36.
Рисунок 11. Движение ванадия в техносфере, тыс. т / год.
Таблица 36. Распределение ванадия в техногенной среде.
Параметры |
тыс. т/год |
% |
1. Извлечение из природной среды: |
280,285 |
100,0 |
2. Диссипация в окружающую среду: |
118,800 |
42,4 |
в т.ч. от сжигания: |
68,475 |
24,4 |
выветривания и вымывания: |
1,628 |
0,6 |
использования химической продукции |
0,170 |
0,1 |
из металлофонда |
3,257 |
1,2 |
из техногенной среды (строительство и пр.) |
45,270 |
16,2 |
3. Накопление в металлофонде и готовой продукции химической промышленности |
25,200 |
9,0 |
4. Поступление в техногенные месторождения |
136,285 |
48,6 |
т.ч. металлургические отходы |
34,065 |
12,2 |
отходы химической промышленности |
0,380 |
0,1 |
отходы энергетики |
46,170 |
16,5 |
вскрышные породы и хвосты |
55,670 |
19,9 |
Повторное использование (рециклинг) |
|
|
в т.ч. активное (ЗШО для извлечения ванадия) |
5,250 |
- |
пассивное (в составе металлолома) |
3,029 |
- |