Технические науки/1.металлургия.

Магистрант Какимова А.А.

Евразийский Национальный университет им.Л.Н.Гумилева

Проблемы в сфере использования техногенных отходов

Металлургическое производство связано с образованием значительного количества технологических отходов (шлаков, шламов, окалины, пыли газоочистки и др.), которые годами и десятилетиями накапливаются на предприятиях, причем совершенствование технологий не всегда сопровождается сокращением объема этих отходов. Удельный выход шлака изменяется в широких пределах. В доменном производстве он колеблется в среднем от 280 до 960 т/т чугуна, в сталеплавильном - от 80 до 250 т/т стали, а в ферросплавном порой в несколько раз превышает выход выплавляемого металла.

Основную проблему представляют шлаки, накопленные в виде отвалов - свалок-откосов высотой до 45-50 м. Дополнительно к этому в отвалы ежегодно сливается около 2 млн т шлаков.

Благодаря наличию железа и других полезных компонентов шлаки могут представлять значительный коммерческий интерес. Но исходный отвальный шлак должен удовлетворять требованиям нормативной документации на производство из него товарной продукции. Неоднородность отвалов по составу и свойствам существенно сдерживает их разработку.

На большинстве предприятий разделения отвалов по видам шлаков нет - лишь на немногих крупных комбинатах организованы отдельно отвалы для доменных и сталеплавильных шлаков, а также отвалы для мусора, стружки и т. п. Характерно смешение накопленных шлаков по способу выплавки стали (мартеновские, конвертерные и шлаки электросталеплавильного производства) и по периодам плавки - окислительные (первичные) и восстановительные (конечные) шлаки. Кроме того, в отвалах присутствуют отработанные огнеупоры, просыпь шихтовых материалов и топлива.

На свойствах шлаков сказывается длительность хранения, поскольку в отвалах накапливаются продукты их распада. Со временем эти процессы замедляются, состав шлака стабилизируется. Продуктами распада могут быть мелкозернистые порошки при силикатном распаде или зерна щебня более мелкие, чем основная масса шлака, при известковом, железистом или марганцовистом распадах. По этим причинам зерновой состав отвальных шлаков неоднороден и изменяется от долей миллиметра до нескольких метров.

Кроме того, накопленные в отвалах шлаки подвержены эрозии и выветриванию. Эти процессы заключаются в гидролизе, растворении и окислении шлаков. Продукты гидролиза могут затем подвергаться карбонизации. В результате окислительных процессов сульфидные соединения (СШ) превращаются в сульфаты, а углекислота воздуха, действуя на известковые соединения шлаков, переводит их в карбонаты. Для СШ, в зависимости от способа первичной переработки, продолжительность вылеживания для получения устойчивой структуры составляет от 90 дней до 4-9 лет.

Задачей разработки заводских отвалов является максимально полное извлечение металлоотходов для использования их как оборотного лома черных металлов. Практический интерес представляют также вторичные огнеупоры, цветные металлы, сплавы и собственно шлак. Поэтому возникает необходимость организовать обработку всех извлеченных отходов в соответствии с требованиями к качеству вторичного сырья, предусмотренными ГОСТами.

Технологическая схема разработки шлаковых отвалов включает:

- рыхление отвальной массы и перемещение ее на новые места складирования;

- извлечение из отвальной массы металлических и огнеупорных отходов, шлаковых массивов, содержащих металл и огнеупоры;

- транспортирование перерабатываемых материалов из забоев (мест непосредственной разработки отвала) на площадки, отведенные для их складирования или на дробильносортировочные установки для дальнейшей переработки;

- переработку отвальной массы с целью полного извлечения металла и огнеупоров, придания им товарного вида и получения минеральной составляющей, пригодной для дальнейшего использования или переработки;

- извлечение из отвальной массы мелких металлических включений на магнитно-сепарационных установках с целью использования их в качестве присадок и флюса для обогащения шихты доменных печей и вагранок.

С горнотехнической точки зрения отвалы металлургических шлаков характеризуют как открытые залежи пластового типа различного строения пород, включающих какое-то количество полезного ископаемого, иначе говоря, представляют собой простейшие месторождения, залегающие согласно рельефам местности. С точки зрения технологий, применяемых в их разработке, эти операции аналогичны горным работам открытого типа. Так, для крупных шлаковых массивов, содержащих включения металла и огнеупоров, применяют приемы подрывной и копровой разделки лома, для извлечения металла и огнеупоров из отработанных шлаков - способы обогащения полезных ископаемых, для перемещения больших объемов отвальной массы - максимальную механизацию, исключающую тяжелый ручной труд. К сожалению, до настоящего времени на многих металлургических предприятиях подобные работы ведутся без учета опыта, накопленного в горном деле. В результате при значительных затратах средств и рабочей силы эффективность низка, производственный цикл нестабилен, механизмы должным образом не загружены.

Сталеплавильные шлаки перерабатываются преимущественно в твердом состоянии, после того как их скачивают и вывозят в отвал или на технологический склад, где они охлаждаются и приобретают устойчивую структуру (для ускорения этих процессов шлаки подвергаются термодроблению). Их используют в основном для извлечения металлических включений, доля которых для мартеновского производства достигала 20-22 % от массы шлака. На ряде предприятий извлечением металла из отвальных шлаков занимались систематически, используя самоходные магнитно-сепарационные установки. Поэтому сегодня содержание металлических включений в мартеновских шлаках незначительно: так, в отвалах Магнитогорского металлургического комбината оно не превышает 3-5 %. Шлаки, образующиеся в электросталеплавильном и конвертерном производстве, содержат в среднем не более 15 % железа, но ценность представляет и их минеральная часть. В частности, использование конвертерных шлаков в доменном производстве позволяет компенсировать дефицит извести, возвращая в передел железо, марганец и другие ценные компоненты шлака.

Современные способы уборки электропечных шлаков после скачивания их под печь позволяют освободить цеха от шлаковозов и шлаковых чаш, однако осложняют условия труда водителей автопогрузчиков и эксплуатацию техники. Появляется необходимость в устройстве промежуточных площадок для охлаждения шлака, в дополнительной его перегрузке перед подачей на дробильно-сортировочную установку. После дробления шлака возрастает количество мелких фракций менее 10 мм, которые из-за высокого содержания металлических включений не находят применение в качестве строительного материала.

Расширение переработки отвальных шлаков будет способствовать вовлечению в оборот техногенного сырья и повышению экологической безопасности металлургического производства при одновременном снижении трудовых, энергетических и материальных затрат.

Литература
 
 1. Байкулатова К.Ш. Вторичное сырье - эффективный резерв материальных
 ресурсов. Алма-Ата, Казахстан, 1982.
 2. Рябова, Т. В. Новые технические решения по охране окружающей среды в черной металлургии / Т. В. Рябова // ОАО «Черметинформация», Новости черной металлургии за рубежом. — 2002. №2 . - С. 104-105.
 3. Бернадинер М.Н., Шурыгин А.П. Огневая переработка и обезвреживание
 промышленных отходов. М., Химия, 1990.