Техноеколія виробництва кольорових металів

Кольорові метали – це алюміній, мідь, цинк, свинець, титан, ряд благородних металів (золото, срібло, платина) та інші. Їх використовують в машинах і приладобудуванні, радіоелектроніці, ядерній енергетиці, космічній і обчислюваній техніці та в інших галузях народного господарства.

Основною сировиною для одержання кольорових металів є руди. Водночас для виробництва багатьох кольорових металів широко використовують вторинну сировину, до якої відносять відходи металообробної промисловості, браковані деталі і ті що відпрацювали свій термін, різноманітний металевий брухт, побутовий утиль та інші матеріали, що містять кольоровий метал. Роль вторинної сировини щорічно зростає.

Крім руд, концентратів і вторинної сировини, у кольоровій металургії застосовують також інші корисні копалини, найважливішими з який є паливо і флюси. В якості палива тут може використовуватись природний газ, вугілля, вугільний пил, кокс, дизельне паливо, мазут. При спалюванні одночасно з виконанням своїх основних функцій – підігріву матеріалу, що підлягає плавленню, в ході технологічних процесів паливо виконує роль відновлювача.

Флюси в кольоровій металургії виконують ту ж саму роль, що і в чорній металургії, – корегування складу шлаків, які утворюються в процесі плавлення. В якості флюсуючих добавок широко застосовують кварцити і вапняк, а іноді залізну руду, соду, фториди та інші сполуки.

Одержання кольорових металів з будь-якої сировини – дуже важкий процес. Він ускладнюється ще й тим, що в кольоровій металургії переробляють, як правило, порівняно бідну і складну за вмістом поліметалеву сировину. При її переробці металургійними засобами необхідно одночасно з одержанням основного металу забезпечити виділення всіх інших цінних компонентів у самостійні товарні продукти при високому ступені їхнього вилучення. Для цього застосовується цикл металургійних агрегатів. Для всіх підприємств кольорової металургії характерні багатоступеневі технологічні схеми.

Розрізняють чорнові та рафіновані метали. Чорновими називають метали, що містять у своєму складі шкідливі домішки, які погіршують споживчі якості певного металу, а також домішки цінних елементів – супутників. Чорнові метали підлягають очищенню від домішок – рафінуванню.

Шлаки є вторинним продуктом металургійних процесів. Вони утворюються внаслідок ошлакування оксидів пустої породи і флюсів. В їх складі може також знаходитись деяка кількість корисних металів. Тому шлаки попередніх років утворення, які розміщені у відвалах, можуть бути сировиною в послідуючі роки при наявності відповідної технології їх переробки. Крім того, з шлаків можна вилучати залізо, виготовляти цемент, ситали та інші матеріали для різних галузей народного господарства. Вихід шлаків при плавці руд або концентратів кольорових металів дуже великий і складає понад 60 % від маси рудної частини шихти.

Штейни є проміжним продуктом поліметалургійної переробки мідних, нікелевих і частково свинцевих руд і концентратів. Вони являють собою сплав сульфідів важких кольорових металів із сульфідами заліза, в якому розчинені домішки. Штейни утворюються у рідкому стані і практично не змішуються з рідкими шлаками, що дозволяє розділити їх простим відстоюванням.

Газ і пил, що утворюються у металургійному процесі, цілком визначаються типом перероблюваної сировини і особливостями самого процесу. Вихідні гази поділяються на топкові, які є продуктом спалювання палива, та технологічні, що утворюються завдяки хімічним реакціям між компонентами перероблюваної сировини. Основними компонентами газів кольорової металургії є: сірчаний ангідрид, діоксид і оксид вуглецю та пари води. Крім того в газах обов’язково присутній азот, вільний кисень, хлор, сполуки миш’яку та інші. Температура вихідних газів дорівнює 800 … 1300^оС.

Пил, який утворюється внаслідок технологічного процесу, умовно ділять на грубий (3.. 3000 мкм) і тонкий з розмірами часток менше 0,1 мкм. Грубий пил за хімічним складом ідентичний складу вихідного матеріалу, з якого він утворився. Звичайно, грубий пил повертають в обіг або об’єднують із продуктами даного процесу. Тонкий пил утворюється переважно завдяки сублімації легко летких компонентів. Тонкий пил в кольоровій металургії називають «перегоном». За своїм хімічним складом тонкий пил різко відрізняється від вихідного матеріалу – він збагачений леткими компонентами, такими як свинець, кадмій, цинк, індій, германій. Перегони є цінною сировиною для вилучення з них вищеназваних елементів, а тому вони обов’язково повинні піддаватися паралельній переробці за своєю технологією.

Розчини. Розчинами називають продукти процесу вилуджування (розчинення), в яких розчинена речовина знаходиться в стані молекулярного роздрібнення. Це робить їх досить стійкими, які не розділяються при тривалому стоянні. Найважливішою характеристикою розчинів є їхня концентрація, тобто відносна кількість даної речовини в розчині.

Кеки являють собою порошкоподібні матеріали. За природою утворення розрізняють два вида кеків:

– нерозчинені залишки вилуженого матеріалу;

– продукти (осади) цементаційного, коагуляційного або гравітаційного осадження розчинених металів у вільному стані або у формі нерозчинених хімічних сполук.

Іншими дуже численними різновидами продуктів металургійного процесу є окатиші, агломерати, спіки і сплави.

Кольорова металургія України не дуже поширена через обмеженість різновидів руд та їх запасів. Сировинна база кольорової металургії України подана запасами алюмінієвої сировини (бокситів, нефелінів, алунітів), значними ресурсами титану, цирконію, магнієвої сировини. Розвідані також родовища інших рідкісних кольорових металів.

Технологічні процеси

При виробництві кольорових металів процеси поділяються на дві групи: пірометалургійні і гідрометалургійні.

Пірометалургійні процеси проводять при високих температурах частіше з повним і рідше з частковим розплавленням металу, а гідрометалургійні – у водних середовищах при температурі не вище 300^оС з частковим розплавленням металу.

В окрему групу виділені електрометалургійні процеси, які можуть бути як піро-, так гідрометалургійними. Відмінною рисою цих процесів є використання електроенергії як рушійної енергетичної сили для їх перебігу.

Пірометалургіні процеси за характером протікаючих перетворень, поведінки компонентів, що беруть участь у процесі, і кінцевими результатами поділяють на три групи: випал, плавка і дистиляція.

Випал – металургійний процес, проведений при високих температурах (500-1200С) в межах зміни мінералогічного і хімічного складів перероблюваної сировини.

Плавка – це пірометалургійний процес, проведений при температурах, що забезпечують у більшості випадків повне розплавлення перероблювального металу. Розрізняють плавки рудні і рафінувальні. Є різні технології рудних плавок – все залежить від виду кольорових металів і їх руд. При цих плавках одержують метали з різними домішками. Рафінувальні плавки проводять з метою очищення металів від домішок. В основі їх лежать розбіжності в деяких фізико-хімічних властивостях основного металу і його домішок.

Дистиляція – процес випаровування речовин при температурі дещо вищій точки її кипіння, що робить можливим сублімацією розділити компоненти оброблюваного матеріалу залежно від їхньої леткості. Дистиляцією користуються як для переробки рудної сировини, так і для видалення легколетких домішок при рафінуванні або розподілі металевих сплавів. Дистиляцією з метою рафінування називають ректифікацією.

Гідрометалургійні процеси. Гідрометалургійні процеси протікають при низьких температурах на межі поділу найчастіше твердої і рідкої фаз. Будь-який металургійний процес складається з трьох основних стадій: вилужування, очищення розчинів від домішок і осадження металу з розчину.

Вилужування – процес перетворення вилучених металів у розчин (розчинення) при впливі розчинника на перероблювальний матеріал часто при газовому реагенті – кисні, водні та інших. Внаслідок вилужування одержують два продукти: розчин вилуженого металу забруднений домішками, і нерозчинений залишок, що складається з пустої породи. В якості розчинників використовують воду, розчин кислот, лугів або солей.

Очищення розчинів від домішок проводять з метою запобігання їх потрапляння у вилучений метал при наступному його осадженні. Для очищення розчинів вилужування від домішок використовують методи хімічного осадження неорганічними або органічними реагентами, гідроліз, кристалізацію або цементацію.

Осадження металів з очисних розчинів від вилужування проводять електролізом водяних розчинів, цементацією або відновленням газопереробними відновлювачами під тиском.

Іонообмінний процес ґрунтується на спроможності деяких речовин (іонітів) поглинати іони з розчину в обмін на іони того ж знаку, що входять до складу іоніту.

В гідрометалургії кольорових металів, особливо при виробництві рідкісних і благородних металів все більше застосування набувають сорбційні (особливо хемосорбція) і екстракційні процеси. Застосування цих процесів спрямоване на вирішення таких задач:

1) переведення цінного металу після вилужування з одного розчину в інший більш зручний за сольовим складом для наступної переробки;

2) концентрування металів із розведених розчинників і пульп;

3) селективний розподіл металів і очищення розчинів від домішок.

Виробництво титану і магнію

Магній і сплави на його основі по питомій міцності перевершують багато стали, чавуни та алюмінієві сплави. Магній в 4,5 рази легше стали, в 5 - міді, в 2,5 - титану і в 1,5 - алюмінію. Мала питома вага зумовив його застосування як енергозберігаючого матеріалу в авіації, ракетної та космічної техніки, автомобілебудуванні. Хімічні властивості магнію дозволяють використовувати його для модифікації чавуну і десульфурації стали, протекторного захисту морських суден і магістральних трубопроводів для передачі нафти і газу.

Виробництво магнію здійснюється електролітичним способом, що включає чотири основних переділу, перша стадія зневоднення хлормагнієвого сировини, друга стадія зневоднення хлормагнієвого сировини; електроліз хлористого магнію; рафінування Мg. Перша стадія зневоднення збагаченого карналіту проводиться у обертових печах та печах "киплячого шару", друга стадія - у сольових хлоратора і печах СКМ. Магній-сирець отримують електролізом безводного карналіту і хлористого магнію титанового виробництва Електроліз проводять в бездіафрагменних електролізерах. Рафінування магнію здійснюється шляхом плавки металу з флюсом, що містить хлористі і фтористі солі лужних і лужноземельних елементів.

Для очищення газів, що відходять від хлору і хлористого водню при виробництві магнію в Росії і країнах СНД одним з найбільш поширених сорбентів є водна суспензія гідроксиду кальцію (вапняне молоко). Застосування такого сорбенту забезпечує високий ступінь очищення від зазначених компонентів і в той же час визначається його доступністю і низькою вартістю. В результаті реалізації цього способу в даний час утворюється значна кількість пульп, що містять крім хлориду кальцію, зважені речовини (оксид і карбонат кальцію), а також гіпохлорит і хлорат кальцію. Присутність двох останніх створює перешкоди для подальшої переробки одержуваних суспензій в товарні продукти і, крім того, вимагає проведення заходів по їх знешкодженню. За діючої технології відпрацьований сорбент з метою розкладання в ньому гіпохлориту кальцію піддають нагріванню до 80-90С, внаслідок чого в пульпу відбувається збільшення концентрації хлорату кальцію.

Для підвищення ефективності очищення газових викидів магнієвого виробництва від хлору був розроблений спосіб із застосуванням сорбенту що складається з суміші водної суспензії гідроксиду кальцію і карбаміду. Введення карбаміду має забезпечити значне зменшення вмісту загального активного хлору в сорбенті в процесі очищення газів, підвищити ефективність очищення і виключити утворення хлорат кальцію. Амортизаційний брухт магнію являє собою прийшли в непридатність частини автомобілів і літаків, офсетні формні пластини, а також деякі шлами від первинної плавки магнію. Нові відходи - обрізки, стружка, ізгаріна, шлаки, бракована продукція, зокрема листопрокатних цехів. Найбільша небезпека при обробці магнію - виникнення пожежі: невеликі частки металу легко спалахують від будь-якої іскри. - Ручне сортування застосовується для відділення магнію і його сплавів від інших металів. Скрап розбирають і сортують за вагою.

- Плавка у відкритому тиглі. Цей процес використовується для відділення магнію від забруднень. Скрап нагрівають і вносять флюс, що складається з суміші кальцію, натрію і хлоридів калію. Розплавлений магній потім перетворюють на злитки.

Титановмисні мінерали.

Титан є одним з найбільш поширених хімічних елементів як за змістом його в земній корі, так і по наявності мінералів цього металу в дуже багатьох гірських породах.

Відомо більше 80 мінералів, які за сумарним вмістом титану складають досить велику частку в земній корі. Найважливіші мінерали титану в основному входять до складу п'яти характерних груп - рутилу, ільменіту, перовскіту, ніоботанталотітанатов і стено, з яких найбільше значення мають групи рутилу і ільменіту.

Титанові мінерали - ільменіт, рутил, стено - зустрічаються в розсіяному стані майже у всіх типах порід - магматичних і їх ефузивних породах, в породах метаморфічного комплексу (гнейси, амфіболіти, слюди), а також в осадових породах, особливо в глинах, бокситах, пісках і пісковиках. Переважна кількість відомих мінералів титану утворилося у зв'язку з магматогенних процесами, в результаті яких формуються мінерали цього металу в поєднанні з киснем і залізом і в меншій мірі - з кальцієм і кремнієм.

Переробка рудної сировини.

Промислові способи отримання титану і його основних сполук базуються на використанні в якості вихідної сировини титанових концентратів, що містять не менше 92-94% TiO₂ в рутилових концентратах, 52-65% TiO₂ в ільменітових концентратах з розсипів і 42-47% TiO₂ в ільменітових концентратах з корінних родовищ.

Ільменитовий концентрати використовуються головним чином як сировини для випуску діоксиду титану і металу, а також виплавки феросплавів і карбідів, а рутилові - для виробництва обмазки зварювальних електродів.

Близько 50% світового виробництва титанових концентратів базується на переробці руд розсипних родовищ і 50% - на переробці руд корінних родовищ.

Селекція входять до складу колективних концентратів немагнітних мінералів заснована на використанні різної їх електричної провідності, в міру спадання якої зазначені мінерали розташовуються в наступний ряд:

Таким чином, якщо в колективному концентраті переважають рутил, циркон і алюмосилікати, то процес доведення починається зазвичай з переділу електростатичної сепарації. Якщо ж у колективному концентраті переважає ільменіт, то технологічний процес доведення починається з переділу магнітної сепарації.

При доведенні чорнових колективних концентратів широко застосовується гвинтові сепаратори, пластинчасті і роликові магнітні сепаратори мокрого і сухого дії з високою напруженістю магнітного поля, магнітні сепаратори з перехресними стрічками, а також пневматичні і мокрі концентраційні столи та інше обладнання.

Останнім часом для підвищення вилучення мінералів з ​​вихідного сировини все частіше використовується так званий процес оттіркі, що полягає в обробці колективного концентрату розчинами лугу або слабкою плавикової кислоти при інтенсивному перемішуванні. При цьому з поверхні мінералів, зокрема рутилу і циркону, видаляються залізисті і глинисті плівки, утрудняють селекцію матеріалів.

Виплавка титанових шлаків.

Цю відновну плавку проводять у трьохелектродних круглих електропечах потужністю 3,5-20 МВА, з влаштування подібних з застосовуваним для плавки нікелю, електротермії цинку або сталеплавильними. Температура переділу 1650-1750 ^Про С. Середовище повинне бути помірно-відновної, вугільна футеровка непридатна. Подину викладають притертими магнезитовим цеглою, стіни захищають гарнісажем з тугоплавкого шлаку, накопиченим за особливим режимом. Чавун випускають через річку, підняту над подом на 400 мм, а шлак-через жужільну летку, іноді - разом з чавуном.

Завдання плавки - отримати багатий титановий шлак і чавун, перехід заліза в який обмежують: FeO єдина речовина, що дозволяє отримати помірно в'язкий шлак, при недоліку його було б потрібно зайвий перегрів. Щоб уникнути розбавлення шлаку і зайвих витрат, флюси застосовують рідко. На відміну від кольорової й чорної металургії тут над чавуном виходить сплав титанату, а не силікатів. Титанати заліза більше легкоплавкі, чим окисли титану, особливо ільменіт (1400 ^О С) і Fe₂ TiO₄ (1395 ^О С), вони в основному і знижують в'язкість шлаку. Відновлення FeO і TiO до металу можна записати в загальному вигляді рівнянням, з якого легко отримати:

pCo ₂ / pCo = a [Fe] / a [Ti] * a (TiO) / a (FeO) = exp (dZFeO-dZTiO) / RT

Розподіл заліза і титану між чавуном і шлаком - функція різниці спорідненості цих металів до кисню і залежить від парціального тиску окису вуглецю в порах шихти, що визначається витратою відновлення і температурою. Насправді рівновага не досягається через швидке відновлення заліза, накопичення чавуну на початку переділу і нестачі часу для подальшого вирівнювання складу фаз.

Виробництво чотирихлористого титану.

Під терміном «хлорування» мають на увазі зазвичай процес, в якому хлор у тому чи іншому вигляді взаємодіє з оксидами елементів або іншими їх сполуками, утворюючи хлориди або оксихлориди, що виділяються у формі індивідуальних хімічних речовин або їх сумішей. Перевага процесу хлорування перед іншими металургійними процесами полягає в тому, що одержувані при цьому хлориди елементів мають температуру плавлення і кипіння значно нижче температур плавлення і кипіння оксидів або інших сполук відповідних елементів. Це важлива властивість хлоридів дозволяє виділити ті чи інші корисні компоненти сировини при більш низьких температурах і з використанням більш простих технологічних прийомів. Різке відмінність фізичних властивостей хлоридів - температури плавлення, кипіння, сублімації - дозволяє розділити окремі елементи або групи елементів звичайної термічної возгонкой з подальшою фракційної конденсацією. У виробництві титану, цирконію, ніобію застосування хлорування окисних сполук цих елементів є основним способом отримання цих елементів. В результаті хлорування відбувається або окислення металу хлором, або заміщення кисню оксидів хлором. У загальному вигляді схема цього процесу може бути виражена такими рівняннями:

Me + Cl ₂ = MeCl _2;

[Me _Х Oy] + y (Cl ₂₎ = x (MeCl _2У / x) + (y / 2) (O _2).

Принципова схема виробництва.

Процес виробництва чотирихлористого титану складається з п'яти основних переділів: підготовки сировини, хлорування, конденсації продуктів хлорування, очищення чотирихлористого титану та переробки відходів.

Підготовка сировини полягає в приготуванні брикетів з тітансодержащего матеріалу і коксу, придатних для хлорування. Цей переділ включає операції дроблення, розмелювання, змішування, брикетування та прокалки брикетів.

Хлорування здійснюється в різних апаратах:

а) зі статичним або нерухомим шаром шихти (шахтні електропечі, шахтні хлоратори), б) з рідким ванній з розплавлених хлоридів лужних або лужноземельних металів (сольовий хлоратор);

в) з псевдокіпящім шаром шихти.

Для хлорування тітансодержащіх матеріалів (тітансодержащіе шлаки, штучний і природний рутил, некондиційні відходи титанових сплавів) застосовують як 100% компрессированний хлор, так і розбавлений повітрям анодний хлоргаз, що отримується в процесі електролізу магнію та натрію. У процесі хлорування оксиди тітанвмисних мінералів взаємодіють із хлором і вуглецем і переводяться в хлориди. Процес хлорування проводять при 900-1500К. Призначення конденсації - відокремити чотирихлористий титан від хлоридів, домішкових елементів і отримати технічний чотирихлористий титан.

Очищення технічного чотирихлористого титану. Тут відбувається вже остаточне очищення чотирихлористого титану від розчинених у ньому домішок.

Переробка відходів. Чим багатше матеріал за вмістом у ньому титану, тим простіше його переробляти шляхом хлорування. Однак з підвищенням чистоти вихідної сировини вартість його зростає. Тому для промислового виробництва чотирихлористого титану застосування тітансодержащіх матеріалів високої чистоти (наприклад титану) економічно не завжди вигідно.

Сировиною для виробництва титану губчастого є в основному ільменитовий концентрати вітчизняних родовищ, імпортні концентрати і відходи металевого титану.

Металургійне виробництво титану губчастого включає наступні переділи: виплавку титанових шлаків; виробництво чотирххлорістого титану; виробництво губчастого титану.

Виробництво титанового шлаку здійснюється в руднотермічних печах методом відновлювальної електроплавкі, виробництво чотирихлористого титану - методом хлорування титанових шлаків в шахтних хлоратора і хлоратора з розплавом хлоридів лужних металів з ​​наступною конденсацією і очищенням, хлоруючими агентом є хлор-газ.

Виробництво губчастого титану на діючих підприємствах здійснюється періодичним магниетермічним способом. Чотирихлористий титан відновлюється магнієм. Сировиною для виробництва магнію служать збагачений карналіт і поворотний хлористий магній титанового виробництва. Титано-магнієве виробництво характеризується значними газоподібні-ми, рідкими і твердими викидами в навколишнє середовище. Тверді відходи хлоридні становлять 43% всіх викидів, викиди в атмосферу сягають 34%, а скидання у водойми дорівнює 23%. Очищенню піддаються 92% промислових викидів, з яких утилізуються близько 50%. До основних забруднень, що викидаються в атмосферу, відносяться хлор, хлористий водень, фосген, оксид вуглецю, пилу коксу, шлаку, карналіту і вапняку. Відвальні господарства підприємств займають величезні площі, забруднюють навколишнє середовище і вимагають великих витрат на утримання.

Виробництво нікелю і кобальту

Залежно від виду сировини підприємства з виробництва нікелю можна розділити на дві групи: переробні окислені нікелеві руди та переробні сульфідні руди. Окислені руди містять,%: нікелю 0,7-1,3; міді - до 0,34; кобальту 0,03-0,4; заліза 19-23; оксидів алюмінію 4,5-7,8; оксиду магнію - до 10; оксиду кальцію - до 3,5 миш'яку - до 3,5. Сульфідні руди містять,%: нікелю 3,8-5,6; міді 2,65-3 / 3; кобальту 0,18; заліза 25-46; сірки 9.9-26,0; оксиду магнію - до 13; оксиду кальцію - до 14; оксидів алюмінію - до 3.При отриманні нікелю, кобальту та їх з'єднань на всіх стадіях технологічного процесу щорічно утворюється понад 4 млн. т шкідливих речовин, з них 68% - при переробці сульфідних руд і 32% - при переробці окислених руд З загальної кількості утворюються оксидів сірки 84% припадає на підприємства, що переробляють сульфідні руди. Близько 62% пилу утворюється при переробці окислених нікелевих руд і 28% при переробці сульфідних руд Загалом на підприємствах вловлюється більше 92% пилу.

Нижче наведені дані, що характеризують концентрацію сірчистого ангідриду в технологічних газах, що відходять від металургійних агрегатів,%

Технологічні агрегати	концентрація сірчистого ангідриду в технологічних газах,%
Агломашина	0,5-1,5
Рудно термічні печі	0,2-0,3
Шахтні печі	0,1-0,2
Відбивні печі	0,3-0,4
Конвертери	1,0-3,0
Печі КС	1,5-5,0

Сірчистий ангідрид утилізується в незначних кількостях з отриманням сірчаної кислоти або елементарної сірки. Хвости збагачення практично не утилізуються, а шлаки в невеликих кількостях ис користуються на відсипання доріг, для закладки гірських виробок і произ водства шлаковати.

Нові технологічні процеси, що впроваджуються в нікель кобальтової промисловості, спрямовані на інтенсифікацію виробництва метал лов і зниження викидів діоксиду сірки в атмосферу. До цих процесів сам відносяться:

• переробка пірротінових концентратів автоклавної-окислювальним методом з отриманням елементарної сірки,

• зважена плавка концентратів з одержанням елементарної сірки,

• плавка мідного концентрату в печі Ванюкова з використанням газів для отримання елементарної сірки,

• автогенная плавка з використанням газів для отримання сірчаної кислоти,

• конвертування мідних штейн у вертикальних кисневих кон Вертера з використанням газів для виробництва сірчаної кислоти,

• безперервне конвертування з використанням газу для отримання сірчаної кислоти

Виробництво свинцю

Залежно від складу і типу переробляються руд свинець можна отримувати пірометалургичним або гідрометалургійним способами. До пірометалургійних способів відносяться відновна плавка з попередніми випаленням реакційна плавка, плавка осаджувальна. З них в даний час в основному застосовується відновлювальна плавка. Використовуються як багаті, так і бідні концентрати. Сульфідні концентрат отриманий після флотаційного збагачення руд, спільно з флюсами піддається окислювальному випалу У процесі випалу сульфіди металів окислюються до оксидів і спікається, перетворюючись в агломерат Плавку агломерату проводять в шахтній печі у відновній атмосфері Продуктами плавки є чорновий свинець; штейн, що містить мідь. сульфіди міді і свинцю, в яких концентруються благородні метали; шлак - сплав оксидів металів і металоїдів, що містить цинку 10% і більше При рафінуванні чорнового свинцю отримують чистий свинець.

Штейн переробляють на чорнову мідь, цинкоутримуючий шлаки обесцінковивають і отримують цинкову пил, а гази після очищення від пилу направляють на утилізацію діоксиду сірки або викидають в атмосферу.

Основними шкідливими викидами виробництва є хвости збагачення і стічні води хвостосховищ, свинецьвмисних пилу, металургійні гази, що містять діоксид сірки, шлаки, шпейза. Шпаки свинцевої плавки містять,%: оксиду цинку - до 38; кремнезему - до 30; оксидів заліза - до 44; оксиду кальцію - до 20; оксидів алюмінію - до 8; свинцю - до 4,2; можуть містити також мідь, оксиди магнію , марганцю, барію.

Найбільш токсичні речовини містяться в шпейзе, яка являє собою сплав миш'яковистих і вмістом сурми сполук металів або сплав арсенидів або антимонідів металу. Шпейза містить,%: миш'яку - до 35; сурми - до 6; заліза - до 70; свинцю-до 4; міді - до 7; сірки - до 6, а також нікель, кобальт, золото і срібло.

Одним із сучасних способів переробки поліметалічної сировини є киснево-зважена циклону електротермічна плавка (ківцет) свинцево-цинкових концентратів. Кількість викидаються шкідливих газів від установки ківцет ЦС значно менше, ніж у традиційній технології.

Виробництво цинку

Сульфідні цинкутримуючі руди збагачують з метою отримання цинкових концентратів, які в подальшому можуть бути перероблені пірометалургійних або гідрометалургійним шляхом. Незалежно від способу переробки операції випалу концентратів обов'язкове. Обпалений концентрат надходить на дистиляцію цинку, що протікає в відновної атмосфері, в результаті чого отримують чорновий цинк. який направляється на рафінування. При гідрометалургійному способі обпалений концентрат надходить на вилуговування, а з розчину цинк витягують електролізом.

Зіставлення піро-і гідрометалургійного способів виробництва цинку показує, що для пирометаллургии характерні висока питома продуктивність і компактність технологічної схеми, однак високі витрати на ремонт обладнання, підготовку матеріалів, палива та знешкодження технологічних газів обумовлюють необхідність пошуку інших, більш економічних і екологічних технологій. Гідрометалургійний спосіб отримання цинку позбавлений вказаних недоліків і дозволяє більш комплексно використовувати сировину.

На цинкових заводах основними видами технологічних газів, які підвергаються очищення від пилу, є гази випалювальних печей киплячого шару і гази вальцпечей. Випалювальні гази, що надходять у сірчанокислотному виробництво, додатково очищуються від туману сірчаної кислоти, миш'яку і селену. Запиленість газів печей киплячого шару досягає 130 г/м³, а концентрація діоксиду сірки коливається в межах 9-14%. Вміст металів у пилу становить,%: 40-70 Zn; до 2,0 Сі; 5-15 Pb; до 1,0 Cd. Як правило, зазначені метали містяться в пилах у вигляді сполук першого або другого класу небезпеки і становлять серйозну загрозу навколишньому природному середовищу і здоров'ю населення.

Виробництво міді

Залежно від мінералогічного складу мідних руд виробництво міді може здійснюватися за такими схемами переробки сировини: піритних плавка; полупіритна плавка; мідно-сірчана плавка; плавка в печі Ванюкова; гідрометалургійним способом.

Найбільшого поширення набула трехстадійна (випал-відбивна або електроплавка - конвертація) схема отримання міді. Ця схема передбачає отримання чорнової міді, що спрямовується на вогняне і електролітичне рафінування.

У процесі переробки Монометалева і поліметалічних руд в навколишнє середовище поступають промислові відходи та технологічні викиди, що містять шкідливі речовини різних класів небезпеки. Це - хвости збагачення мідних, мідно-цинкових і мідно-нікелевих руд, стічні води збагачувальних фабрик, рудничні (шахтні) і кар'єрні води, відвали порожньої породи, пил і гази сушильних барабанів, стічні води пилогазоочисток металургійних печей, відвальні шлаки, забруднені викиди вентиляційних систем, пилу і гази металургійного виробництва, шумове та електромагнітне забруднення. Наприклад, випалювальні гази печей киплячого шару містять до 800-900 г/м³ пилу і до 15% діоксиду сірки, гази відбивних печей містять до 5 г/ м³ пилу, до 1,2% діоксиду сірки і 7% діоксиду вуглецю. Ці гази після відповідного очищення направляються на одержання з них сірчаної кислоти.

Гази конвертерів змішуються з обпалювальними газами і надходять на Сірчанокислотне виробництво. У зв'язку із залученням до переробку мідних поліметалічних руд, що містять миш'як, на підприємствах виникла проблема миш'як містять відходів, у вигляді яких він виводиться з технологічного процесу. Дослідження, проведені авторами на одному з мідеплавильних заводів, показують, що миш'як розподіляється по продуктах металургійного виробництва таким чином,%: мідь чорнова 1,0-1,3; шлак відвальний 22-29; гази випалювальних печей 36-44; гази відбивних печей - до 27; гази конвертерів - до 5; пил конвертерних електрофільтрів - до 4. Впровадження автогенних процесів плавки призведе до того, що миш'як до 93% буде переходити в технологічні гази, що направляються на Сірчанокислотне виробництво. У процесі електролітичного рафінування міді миш'як накопичується в електроліті в кількості до 16-20 г/дм³, що погіршує якість одержуваної міді і робить неможливим подальший її вилучення з розчину. Тому витяг миш'яку з відпрацьованих електролітів у вигляді малотоксичних сполук є однією з найбільш гострих проблем мідного виробництва.

Випалювальні і конвертерні гази перед утилізацією сірки у сірчанокислотному виробництві очищаються від пилу і миш'яку. У промивних вежах миш'як переходить в промивні води, де його концентрація досягає 10-16 г/дм³. Перед скиданням ці води повинні очищатися від миш'яку та інших шкідливих домішок.

Виробництво вторинних кольорових металів

Виробництво вторинних металів включає підготовку брухту кольорових металів, плавку з флюсами, в результаті чого виходить чистий метал або сплави. З технологічними газами в атмосферу викидаються пилу оксидів цинку, міді, алюмінію, нікелю, свинцю. У водойми зі стічними водами надходять іони важких кольорових металів, зважені речовини, нафтопродукти. Невідкладного вирішення потребує проблема утилізації промислових відходів сольових шлаків.

Обробка кольорових металів здійснюється з метою отримання конструкційних профілів з ​​різних металів і сплавів. Головною проблемою заводів по обробці кольорових металів є очищення стічних вод від масел, емульсій та окалини до нормованих значенні, що встановлюються для води, що використовується в системі оборотного водопостачання. В процесі очищення стічних вод від іонів кольорових металів утворюються опади гідроксидів металів, які поки не утилізуються.

Хімічне виробництво на підприємствах кольорової металургії представлено в основному сернокислим і суперфосфатний цехами. З газами в атмосферу надходять діоксид сірки, пил суперфосфату, фторвмисних з'єднання. У стічних водах містяться іони сурми, селену, телуру, свинцю, міді, цинку, заліза, миш'яку, фтору. сульфати кальцію. Найбільш великотоннажним відходом хімічного виробництва є фосфогіпс, який за допомогою гідротранспорту або автотранспорту складують у відстійниках або у відвалах.

Вплив на довкілля

Значна частина технологічних процесів підприємств кольорової металургії в силу різних причин (традиційність технологій, великотоннажні ряду виробництв, зниження вмісту цінних компонентів в переробляється сировина, зміна складу сировини тощо) характеризується порівняно малим ступенем замкнутості й досить високим виходом відходів на одиницю одержуваної продукції . Утворені при цьому потоки забруднюючих речовин надзвичайно різноманітні за своєю природою, що обумовлює широкий спектр їх впливів на природні системи. Різноманіття ефектів зумовлено ще й тим, що всі компоненти навколишнього середовища пов'язані між собою потоками речовини та енергії, що забезпечують циклічність процесів, а це сприяє поширенню матеріальних забруднювачів.

Дійсно, забруднюючі речовини спочатку викидаються в атмосферу, воду, грунт, поверхневі шари літосфери і в результаті процесів переносу поширюються по всіх ланках природних систем. Тому ефекти, викликані їх дією, діляться на дві групи. До первинних відносять ті, які виникають в біоценозі в результаті впливу на нього забруднювача з того середовища, в яку здійснюється техногенний викид, а до вторинних - вплив на біоту з інших відсталих середовищ, в які забруднювач потрапив в результаті процесів переносу. Причому іноді вторинні ефекти можуть виявитися визначальними у підсумковій картині. (Наприклад, проблема закислення прісноводних озер сірчаної кислотою в результаті задимлення атмосфери сірчистим ангідридом.) Ці обставини вимагають аналізу поведінки найбільш характерних забруднювачів навколишнього середовища. поставляються підприємствами кольорової металургії.

Щорічно підприємствами кольорової металургії України викидається в атмосферу до 3000 тис. т шкідливих речовин. Забруднення атмосфери підприємствами кольорової металургії характеризується переважно викидами діоксиду сірки (75% від сумарного викиду в атмосферу), оксидів вуглецю (10,5%) та пилу (10,4%).

Слід зазначити, що при пірометалургійній переробці руд та концентратів утворюється значна кількість відхідних сірковмісних газів, для утилізації яких відсутні необхідні технології. Внаслідок цього ступінь вловлювання діоксиду сірки на підприємствах кольорової металургії не перевищує 22,6%.

Актуальнішим завданням для підприємств кольорової металургії є розробка і реалізація заходів боротьби з шкідливим впливом на довкілля та використання відходів.

Охорона атмосферного повітря на підприємствах по виробництву кольорових металів полягає в очищенні та уловленні шкідливих газів. Для цього застосовують батарейні циклони, – чотирипільні сухі електрофільтри, димососи, що встановлюють в кінці системи або перед електрофільтрами. Звичайно є батарейні фільтри над печами і вловлений в них пил самопливом повертається в піч.

Щорічно в кольоровій металургії використовується до 1200 млн.м³ свіжої води. Стічні води підприємств кольорової металургії забруднені мінеральними речовинами, флотореагентами, які в більшості своїй токсичні, солями важких металів, сполуками арсену, фторидами, меркурієм, сульфатами, хлоридами тощо.

Потужні комбінати кольорової металургії є домінантними джерелами забруднення ґрунтових шарів як за інтенсивністю, так і за різноманітністю забруднюючих речовин. Це є наслідком того, що на гірничодобувних підприємствах галузі переважає відкритий спосіб добування мінеральної сировини. Утилізація та використання відходів виробництва залишається однією з головних проблем на підприємствах кольорової металургії.

Негативний вплив алюмінієвого виробництва на довкілля та заходи по його зменшенню

Серед усіх кольорових металів алюміній сьогодні займає перше місце. Поряд з виробництвом алюмінію підприємства алюмінієвої промисловості випускають кристалічний кремній, алмазно-кремнієві сплави (силуміни), содові продукти, мінеральні добрива, цемент, п’ятиокис ванадію, металевий галій.

Сучасне виробництво алюмінію складається з двох основних продуктів: отримання глинозему Al₂O₃ з бокситів та отримання металевого алюмінію шляхом електролізу розплавленого глинозему.

В Україні діють два провідних підприємства алюмінієвої промисловості: Дніпровський алюмінієвий завод (м. Запоріжжя) та Миколаївський глиноземний завод.

До чинників, що здійснюють значний негативний вплив на стан навколишнього середовища, належать газоподібні, рідкі та тверді відходи виробництва.

При виробництві глинозему шляхом переробки алюмінієвих руд утворюється сірчаний ангідрид, а при переробці нефелінів містяться майже всі компоненти, необхідні для виробництва цементу. Тому в першому випадку викидається велика кількість пилу. Джерелом забруднення повітря є також термічні переділи: випал вапняку, спікання шихти і кальцинація – зневоднення. Піч спікання за годину викидає до 300 тис.м³ газу, а в кожному з них міститься до 150 мг пилу; піч кальцинації – до 72 тис. м³ газу, тобто в 4 рази менше, але пилу в них у стільки ж разів більше.

Викиди алюмінієвої промисловості містять токсичні пилоподібні речовини, миш’як, свинець та інші, тому є особливо небезпечними. При отриманні металевого алюмінію електролізним способом відбувається бурхливе виділення анодних газів, збагачених пилом та шкідливими складовими. Пил містить глинозем і кріоліт. Діапазон розмірів часток пилу від 1 до 50 мкм. Склад газів: фтористий водень, оксиди вуглецю, смоли, сірчаний газ, пил. Концентрація цих речовин в газах залежить від типу електролізера, виду анодів, способів завантаження глинозему, режиму роботи електролізера та інших. Температура анодних газів досягає 150С, тому має місце теплове забруднення атмосфери.

При отриманні 1 т алюмінію в залежності від типу і потужності електролізера витрачається, 38-45 кг фтору, при цьому приблизно 65% його потрапляє в повітря. Забруднювачами слугують джерела втористого водню – кріолін, тобто сполука без якої неможливий електроліз. В газах його міститься до 200-300 мг/м³.

Заходи боротьби з шкідливим впливом газів різноманітні. На нових глиноземних заводах застосовують двоступеневу схему очищення газів від печей спікання і кальцинації глинозему: батарейні циклони і сухі електрофільтри типу УГ зі швидкістю руху газів в електричному полі 1,0-1,3 м/с. При загальному ККД очистки 99-99,9% в очищених газах міститься пилу 0,1-0,2 г/м³.

Димососи встановлюють в кінці системи або перед електрофільтрами. Звичайно батарейні циклони монтують над печами, а вловлений в них пил самоплавом повертається в піч низьконапірним пневмотранспортом, і процес повторюється. Аналогічну схему очищення застосовують для очищення газів вапняково-випалювальних печей.

Аспіраційні гази вузлів пересипки і дроблення спеку очищають за один ступінь в горизонтальних електрофільтрах типу УГ за швидкістю руху газів в електричному полі до 0,7 м/с. Залишкова запиленість газів, що надходять до атмосфери, становить 0,1-0,15 г/м³.

Гази, що надходять від електролізерів, з домішками таких забруднюючих речовин як фтористий водень, пил і смолисті речовини, очищають за допомогою слабкого содового розчину (4-6%). Пил і смолисті речовини можуть також видалятись за допомогою електрофільтрів, а фтористий водень в форсуючних скруберах із зрошенням розчином соди. Ступінь очищення таким способом від різних забруднювачів становить: фтористий водень – 97–98%, пил – 95%, смоли – 60%.

В електролізерах з обпаленими анодами газ очищають в два етапи: спочатку у вертикальних електрофільтрах, а потім в мокрих скруберах. Ступінь очищення – 92% від пилу і 96-97% від фтористого водню.

Електролізери обладнані також пальниковими пристроями для допалювання оксиду вуглецю.

Забруднені води при виробництві алюмінію очищають на локальних очисних спорудах з подальшим використанням їх в системах зворотного водопостачання. Свіжа вода необхідна лише для підживлення системи.

Основна частина забруднюючих речовин в стічні води потрапляє при очищенні газів. Але значне забруднення води відбувається через поверхневий стік з території підприємства. Алюмінієве виробництво належить до тих виробництв, на яких за умовами технології неможливо у повній мірі виключити надходження у стік специфічних домішок з токсичними властивостями.

Так як стічні води алюмінієвого виробництва мають високу температуру, то в системах зворотного водопостачання передбачаються споруди для очищення води від завислих і токсичних речовин (відстійники, фільтри та інші) для охолодження (градирні, бризкальні басейни), для пом’якшення (катіонітові фільтри), для видалення токсичних речовин (адсорбери).

При виробництві багатьох кольорових металів є шлам, що накопичується у шламовідстійниках, і який може використовуватись у промисловості будівельних матеріалів. Наприклад, при виготовленні алюмінію з нефелінів з відходів виготовляють нефеліновий цемент, з якого отримують конструкційний ізоляційний газобетон високих марок, зі шламу отримують вогнетривкий бетон і цеглу, а також випалені плити, блоки, легковаговий ізоляційний матеріал. У дорожньому будівництві його використовують для зміцнення ґрунтів підстилаючого шару, а також як в’яжучий асфальтобетон.

Розроблені методи використання шламів алюмінієвої промисловості при виробництві шлакощебеню, шлакокристалів, в’яжучих матеріалів, будівельної кераміки, глиняної і силікатної цегли, а також цементу і керамзиту як залізовмісної добавки замість дефіцитних піритних недогарків. Шлами можуть слугувати перспективною сировиною для багатьох інших будівельних матеріалів.

Червоний шалам алюмінієвого виробництва знайшов своє застосування як реагент в металургійній промисловості при виробництві агломерату і залізорудних окатишів, як пігмент для зафарбування ламінованих деревостружкових плит. Дослідження виявили, що червоний шлам алюмінієвої промисловості є добрим сорбентом для очищення промислових газів від сполук сірки, фтору, азоту та інших, для уловлення пестицидів із забруднених вод. Червоний шлам все ж тієї алюмінієвої промисловості має складну будову. Вміст в ньому великого набору макро- і мікроелементів (фосфору, заліза, магнію, марганцю, міді, кобальту, титану, нікелю, сірки, хлору і бору), що знаходяться в рухливому стані і легко засвоюється рослинами, відсутність небезпечних токсичних речовин дають можливість застосовувати червоний шлам як мінеральні добрива для підживлення сільськогосподарських культур. Мікроелементи, що входять у червоний шлам, значно поліпшують якість і харчову цінність врожаю. Враховуючи лужні якості червоного шламу, його застосування особливо перспективне на засолених ґрунтах. Значним внеском у захист навколишнього середовища є реутилізація використаного металу. В аналогічному ступені відбувається забруднення повітря та води на підприємствах кольорової металургії, що займаються виготовленням міді, цинку, свинцю та інших металів. Важливою проблемою для підприємств кольорової металургії є забруднення ландшафтів. На територіях заводів накопичується дуже велика кількість твердих відходів та шламів. Шламосховища часом досягають за площею 200 га. Ці шламонакопичувачі на поверхні висихають і вітер розносить пилюку на прилеглі до заводів території. Відходи також інфільтруються у грунт і потрапляють в підземні води, забруднюючи їх.