Производство удобрений и кислот из отходов металлургии

Обновлено: 08.07.2024

Производство продуктов основной химии определяет развитие НТП, расширяет сырьевую базу промышленности, является необходимым условием интенсификации сельского хозяйства (производство минеральных удобрений). Продукты основной химии - в наше время являются надежным индикатором, показывающим степень модернизации экономики любой страны, уровень использования ею открытий научно-технического прогресса. Все ведущие государства мира интенсивно развивают эту подотрасль.

Производимая химической промышленность продукция (кислоты, удобрения) используются в технологических процессах многих отраслей хозяйства. Основная химия – это производство кислот, щелочей и минеральных удобрений. Серная кислота – важнейший химический продукт, находящий применение при производстве минеральных удобрений, в металлургии, текстильной промышленности.

Доля химической промышленности в структуре ВВП России в 2006 году составляла около 6 %, в структуре экспорта — около 5 %, в отрасли было сосредоточено почти 7 % основных фондов промышленности.

В 2009 году было экспортировано 3,1 млн тонн аммиака на сумму 626 млн долларов, 22 млн тонн минеральных удобрений на сумму 5,6 млрд долларов.

2. Структура, география и факторы размещения основной химии.

Основная химия производит различные виды продуктов:

1. Минеральные удобрения (азотные, фосфатные, калийные);

Размещение отраслей химической промышленности находится под влиянием факторов, среди которых наибольшую роль играют сырьевой, потребительский, экологический, инфраструктурный.

Различаются следующие группы химических производств:

1. Сырьевой ориентации: горно-химические производства и производства, утилизирующие нетранспортабельное сырье (коксовый газ, сернистый газ) или характеризующиеся высоким сырьевым индексом (производство кальцинированной соды);

2. топливно-энергетической и сырьевой ориентации: высокоэнергоемкие производства (каустическая сода);

3. потребительской ориентации: производства с высокими транспортными затратами на доставку продукции к потребителю или производства по выпуску трудно транспортабельных продуктов (серная кислота).

Наиболее крупные комплексы химической промышленности сложились в следующих экономических районах страны:

1. Центральный район — производство азотных и фосфорных удобрений, серной кислоты;

2. Уральский район — производство азотных, фосфорных и калийных удобрений, соды, серы, серной кислоты;

3. Северо-Западный район — производство фосфорных удобрений, серной кислоты;

4. Поволжье — нефтехимическое производство (оргсинтез);

5. Северный Кавказ — производство азотных удобрений.

6. Сибирь (Западная и Восточная) —азотная промышленность на коксовом газе.

По производству минеральных удобрений Россия занимает 5-е место в мире. Основными видами минеральных удобрений являются азотные, калийные и фосфатные. Значительную долю в их производстве занимают сложные минеральные удобрения (такие, как аммофос, диаммофос, азофоска и др.), отличающиеся от основных тем, что содержат 2 или 3 компонента. Сложные минеральные удобрения имеют то преимущество, что их состав может меняться в зависимости от требований рынка. Эти виды удобрений являются и одними из основных статей российского экспорта.

В производстве минеральных удобрений ведущее место занимает азотная промышленность. Главным исходным сырьем для производства азотных удобрений являются природный газ и коксующийся уголь. В нашей стране применяется несколько технологических методов получения азотных удобрений. Это, во-первых, аммиачный способ (аммиачная селитра, сернокислотный аммоний), основывающийся на использовании коксового газа, образующегося при коксовании угля (при получении кокса на W коксохимическом производстве) в черной металлургии. При использовании такой технологии определяющее воздействие на размещение азотно-туковой промышленности оказывает сырьевой фактор. Поэтому азотно-туковые предприятия, работающие на коксовом газе, размещаются либо в угольных бассейнах (Кузнецком в Западной Сибири — Кемерово, В Иркутском в Восточной Сибири — Ангарск), либо вблизи от металлургических комбинатов с полным металлургическим циклом (Уральский район — Магнитогорск, Нижний Тагил; Западная Сибирь — Новокузнецк; Центрально-Черноземный район — Липецк, Северный район — Череповец).

Другим технологическим способом производства азотных удобрений является конверсия природного газа, используемого в химии в качестве сырья. В этом случае при размещении производства азотных удобрений определяющим фактором становится потребительский или сырьевой. Предприятия размещаются либо в районах газовых ресурсов (Северный Кавказ — Невинномысск), либо вдоль трасс магистральных газопроводов в сельскохозяйственных районах — основных потребителях азотных удобрений: Поволжский район (Тольятти), Центральный (Дорогобуж, Щекино, Новомосковск), Северо-Западный (Новгород), Уральский (Нижний Тагил).

При производстве азотных удобрений методом электролиза воды предприятия размещаются с учетом электроэнергетического фактора у источников дешевой электроэнергии или с учетом и энергетического, и сырьевого фактора, если электролизу подвергается раствор поваренной соли (Уральский район — Березники, Соликамск).

При использовании в азотно-туковом производстве отходов нефтепереработки основным фактором размещения производств азотных удобрений является сырьевой (Уральский район — Салават — вблизи нефтеперерабатывающих заводов).

В перспективе основная задача — вовлечь в хозяйственный оборот сибирские месторождения фосфатного сырья (Таштагольское, Черногорское, Белозиминское, Ошурковское) и на их основе создать производство фосфатных удобрений в соответствии с потребностью в них удаленных восточных районов.

Основными производителями серной кислоты являются предприятия фосфорных удобрений. Производство серной кислоты основано на использовании самородной серы (Водинское месторождение в Самарской области), серного колчедана (месторождения медно-колчеданных руд на Урале), а также отходящих промышленных сернистых газов черно-металлургических (Нижний Тагил, Пермь, Первомайск, Челябинск) и медеплавильных производств (Красноуральск, Ревда, Карабаш) в Уральском районе. Кроме того, в качестве сырья применяется сера, получаемая при очистке серосодержащего природного газа на газоперерабатывающих комплексах (в Оренбурге на Урале, в Астрахани в Поволжском районе) и при переработке сернистой нефти на нефтеперерабатывающих заводах (Поволжье и Урал). Главные районы размещения сернокислотных производств — Уральский, Поволжский, Восточно-Сибирский, Западно-Сибирский, Северо-Кавказский.

Калийные удобрения производятся из калийных солей. Основным видом калийных удобрений является хлористый калий. В небольших количествах на отечественных предприятиях выпускаются также сульфат калия, калимагнезия и некоторые другие. Отличительная особенность производства калийных удобрений — высокая материалоемкость: из 4—5 т калийных солей получают только 1 т удобрений. Поэтому ведущим фактором размещения является сырьевой. Практически вся калийная промышленность сконцентрирована в Пермской области, где расположен Верхнекамский бассейн калийных солей, имеющий мировое значение; здесь сосредоточено более 25% мировых запасов калия. Центры калийной промышленности: Соликамск, Березники.

Производство серной кислоты из-за трудностей, связанных с опасностью ее транспортировки, тяготеет преимущественно к местам ее потребления — к заводам фосфорных удобрений и другим химическим производствам, к сырьевым источникам — предприятиям черной и цветной металлургии, газо- и нефтепереработки в порядке комбинирования и кооперирования с этими производствами (утилизация в металлургии, газо- и нефтепереработке промышленных отходов).

Производство каустической соды (щелочи) в 2000 г. составило 1,24 млн т. Сырьем для получения каустической соды является поваренная соль. Это высокосырьеемкое производство осуществляется одновременно с хлорным производством — основой получения соляной кислоты, отбеливателей, ядохимикатов, полимерных материалов. Применяется сода в стекольной, мыловаренной, текстильной, целлюлозно-бумажной промышленности, для очистки нефти, в медицине, в быту. Получение каустической соды связано с использованием не только поваренной соли, но и вспомогательных материалов — известняков, со значительными расходами топливно-энергетических ресурсов. Определяющие факторы размещения производств каустической соды — сырьевой и энергетический. Производство тяготеет к районам с благоприятным сочетанием сырья и топливно-энергетических ресурсов. Районы размещения производства каустической соды: Уральский, Поволжский, Западно-Сибирский, Восточно-Сибирский.

Кальцинированная сода производится также на глиноземных заводах в качестве побочного продукта: в Краснотурьинске, Каменск-Уральске (Уральский район), Ачинске (Восточно-Сибирский район), Пикапеве, Бокситогорске (Северо-Западный район).

3. Технико-экономические показатели развития отрасли

Основные технико-экономические показатели развития основной химии:

1. Многообразие источников сырья для получения химических продуктов. В качестве первичного сырья химической отрасли могут быть использованы практически все органические и минеральные вещества природного и искусственного происхождения. Среди них нефть и природный газ, уголь и сланцы, различные минералы, продукты сельского хозяйства, древесина, отходы производства и прочие. Особое место в качестве исходного сырья для получения химических продуктов занимают многочисленные мономеры, полученные в результате переработки первичного сырья.

2. Многообразие вариантов получения целевой продукции. Особенности химических процессов, гибкость технологии открывают большие возможности в получении одних и тех же продуктов на базе различных видов сырья. С другой стороны, множество разнообразных продуктов могут быть получены на базе одного и того же сырья. Удачный выбор исходного сырья и технологии производства во многом определяет эффективность химического производства.

3. Узкая специализация применяемого оборудования при производстве отдельных продуктов.

4. Высокая материалоемкость и энергоемкость продукции. Доля материальных затрат в структуре затрат на производство химической продукции в среднем превышает 60%. Основная химия относится к наиболее материалоемким отраслям.

Вышеизложенные факты особо остро ставят необходимость внедрения безотходных технологий, покупки более дешевого сырья и энергосбережения.

5. Невысокая трудоемкость химических производств (по сравнению со многими отраслями промышленности). Доля заработной платы в себестоимости химической промышленности не превышает 5 - 6 %. Основной причиной невысокой трудоемкости продукции являются такие специфические особенности многих химических производств, как большие единичные мощности установок, непрерывный характер многих производств, а также высокий уровень автоматизации и механизации производств.

6. Широкое развитие комбинирования, особенно в тех производствах и подотраслях, где осуществляется комплексная переработка сырья.

7. Широкое развитие трубопроводного транспорта, что обусловлено главным образом использованием в химической промышленности жидкого и газообразного сырья, применением жидкофазных и газофазных процессов переработки сырья и полупродуктов, жидким состоянием многих конечных продуктов.

8. Высокая доля амортизационных отчислений и затрат на контрольно-измерительные приборы. Большое количество процессов происходит при сверхвысоких и сверхнизких температурах, давлениях, в агрессивных средах кислот, щелочей и т.д.

9. Особая дорогостоящие тара и упаковка необходимы большому количеству жидких агрессивных продуктов.

10. Большая доля затрат на оплату сверхурочных, праздничных и ночных работ, возникающая вследствие работы большинства предприятий в непрерывном режиме.

11. Резкое укрупнение масштабов химического оборудования, производств и предприятий, приводящее к убыточности малого и среднего бизнеса.

4. Особенности современного развития отрасли и перспективы развития

Неотложными задачами в химической промышленности России являются: преодоление затянувшегося кризиса, техническое перевооружение предприятий с широким применением новых и новейших технологий, способных обеспечивать комплексное использование минерального и углеводородного сырья, рост эффективности производства, сокращение выбросов загрязнений, утилизация промышленных отходов, финансирование приоритетных направлений развития.

Важная стратегическая цель развития химического комплекса России — формирование конкурентоспособных производств на основе новейших технологий и закрепление позиций российских производителей на внутреннем и внешнем рынках. Приоритетными направлениями признано создание озонобезопасных продуктов, а также современных средств защиты растений.

Предполагается развитие в химической промышленности вертикально-интегрированных структур предприятий с технологическим циклом от добычи и переработки сырья до выпуска готовой продукции в целях более комплексного использования ресурсов регионов.

1. Бусыгин, В.М. Оценка конкурентоспособности химической и нефтехимической промышленности Российской Федерации и Республики Татарстан / В.М. Бусыгин. – М.: ЗАО Юстицинформ, 2005. – 272 с.

3. Химия. Большой энциклопедический словарь/Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — 2-е изд. — БСЭ, 1998

Главными поставщиками многотоннажных промышленных отходов являются черная и цветная металлургия, электроэнергетика, химическая промышленность, добывающая промышленность.

Основные направления хозяйственного использования многотоннажных техногенных отходов

Отходы добычи и обогащения полезных ископаемых (угольной промышленности, черной и цветной металлургии, химической промышленности)

Виды отходов добычи и обогащения полезных ископаемых

Вскрышные породы открытой добычи
Вмещающие породы шахтной добычи
Порода, шламы, хвосты обогащения (флотации)
Шахтные воды
Газообразные выбросы

Отрасли, в которых образуется основная масса отходов добычи и обогащения

Угольная промышленность
Черная металлургия
Цветная металлургия
Химическая промышленность (включая производство минеральных удобрений)

Виды отходов добычи и обогащения каменного угля и нормативы их образования

Состав сырьевых компонентов в отходах добычи и обогащения каменного угля

Горючий материал (угольная крошка, угольная пыль, водоугольная взвесь)
Природный камень (каменный материал)
Гравий, песок
Глинистые породы (глины, коалиты, оргиллиты, суглинки)

Направления возможного использования отходов добычи и обогащения каменного угля

В черной металлургии – (горелые глинистые породы) для производства огнеупоров и в качестве компонента в технологии подготовки железно-рудного сырья
В строительной промышленности – для производства агломерата, кирпича, керамзита, железобетонных изделий и др.
В строительстве – в качестве строительного материала для сооружения оснований (фундаментов) зданий и дорог
В химической промышленности – в качестве компонента при получении сернистых соединений
В черной и цветной металлургии – в качестве сырья и сырьевых добавок при производстве кремне-алюминиевых сплавов, карбидкремниевых материалов, кислородных соединений алюминия и др.
В газовой и нефтедобывающей промышленности – (хвосты обогащения) для приготовления тампонажных растворов
В сельском хозяйстве – в качестве удобрений и добавок к ним

Отходы добычи и обогащения железных и марганцевых руд и нормативы их образования

·Нормативы образования отходов зависят от процентного содержания железа и марганца в исходном сырье, глубины залегания рудного сырья и др. подобных факторов
· Вскрышные и вмещающие породы	60-70 % от объема извлекаемой горной массы
· Хвосты сухой магнитной сепарации при обогащении железных руд	5-12 % от переработанной

до 6 % от переработанной

Состав сырьевые компонентов отходов добычи и обогащения железных и марганцевых руд

Остатки невыбранных компонентов железных и марганцевых руд (от 2 до 16 % от уровня первичного извлечения)
Окисленные мартитовые кварциты
Силикат, карбонат
Природный камень (каменный материал)
Гравий, песок
Глинистые породы

Направления возможного использования отходов добычи и обогащения железных и марганцевых руд

В черной металлургии – для дальнейшей переработки и доизвлечения полезных компонентов
В строительстве – в качестве замены щебня, песка или в дополнение к ним

Отходы добычи и обогащения руд цветных металлов и нормативы их образования

Состав сырьевые компонентов отходов добычи и обогащения руд цветных металлов

Остатки невыбранных компонентов руд цветных металлов (приравниваются к бедным и труднообогатимым рудам с содержанием ценных компонентов от 2 до 40% от уровня первичного извлечения)
Сопутствующие компоненты руд черных, драгоценных и редкоземельных металлов
Компоненты апатито-нефелиновых, фосфоритных и других сырьевых элементов для химической промышленности

Направления возможного использования отходов добычи и обогащения руд

В черной и цветной металлургии — для повторной переработки и извлечения из них руд черных, цветных, драгоценных и редкоземельных металлов
В черной металлургии — в качестве дополнительного, (а в некоторых случаях единственного) источника сырья марганцевых руд, сырья для получения легированных железных порошков, легированных окисленных окатышей и других ценных материалов
В строительной промышленности — в качестве глинистого компонента при производстве белых цементов, строительного гипса
В сельском хозяйстве — в качестве удобрений
В горно-рудной промышленности — для гидравлической закладки выработанных пространств шахт и рудников
В машиностроении и металлообработке — в технологии производства (кварцевые пески) литых чугунных и стальных изделий

Отходы добычи и обогащения рудного сырья химической промышленности и нормативы их образования

Состав сырьевых компонентов отходов добычи и обогащения рудного сырья химической промышленности

Остатки невыбранных компонентов апатито-нефелиновых фосфоритных, боратовых руд, серы и других сырьевых продуктов (от5 до 50% от уровня первичного извлечения)
Суглинки и неогеновые глины
Природный камень, гравий, песок
Гравийно-песчаная смесь в чистом виде и в смеси со щелочными компонентами, известняком, гипсом суглинками и др. глинистыми материалами
Гипс, гипсовый камень, известняк
Глинистые материалы, включая соленостную глину

Направления возможного использования отходов добычи и обогащения рудного сырья химической промышленности

В химической (горно-химической) промышленности — для повторной переработки и доизвлечения полезных компонентов, а также в качестве закладочного материала выработанного пространства шахт и рудников
В цветной промышленности — для повторной переработки и извлечения компонентов цветных металлов
В строительстве и промышленности строительных материалов – в качестве строительного материала для сооружения оснований зданий, дорог, в качестве материала для изготовления железо-бетонных изделий, керамической продукции и др.
В сельском хозяйстве — в качестве минерального удобрения

Золы и шлаки ТЭС

Нормативы образования золошлаковых отходов зависят от вида сжигаемого топлива, его зольности, используемого технологического оборудования (турбин, котлоагрегатов) и эффективности работы установленных на нем золоулавителей
Составляют от 70 -76 (фрезерный торф) до 500-570 (свердловский уголь и сланцы) кг на тонну сжигаемого топлива

Состав сырьевых компонентов зол и шлаков ТЭС

В зависимости от вида и сорта сжигаемого топлива имеют различную зольность (от 10% до 50%) и не одинаковый химический состав
Содержат от 30% до 60% оксидов кремния, от 25% до 60% оксидов кальция, а также оксиды алюминия
Обладают высокой гидравлической активностью и могут использоваться как вяжущий материал

Направления возможного использования зол и шлаков ТЭС

В промышленности строительных материалов — для производства автоклавных изделий, в качестве кальциево-силикатной составляющей при производстве цемента
В строительстве вместо строительного песка и в качестве заполнителя
В сельском хозяйстве — в качестве удобрений и раскислителя почв

Шлаки черной металлургии

Нормативы образования и состав сырьевых компонентов доменных шлаков

Нормативы образования 300-352 кг/т чугуна
Химически высокоосновны, с наличием в примесях окислов кремния (до 42%), кальция (до 46%), а также фосфора и алюминия
Содержит компоненты серы
Характеризуются высокой связывающей способностью и устойчивостью в агрессивных средах

Направления возможного использования доменных шлаков

В промышленности строительных материалов — для производства гранулированного шлака, щебня, пемзы, шлаковаты, литых железобетонных изделий (брусчатки) и др. строительных материалов

Нормативы образования и состав сырьевых компонентов сталеплавильных шлаков

Нормативы образования 113 – 170 кг/ т стали
Неоднородные по своему составу, могут содержать фосфор (фосфатные шлаки), известь
Химически высокоосновны

Направления возможного использования сталеплавильных шлаков

В промышленности строительных материалов — для производства щебня, шлаковой мелочи, шлако-известковой муки, шлаковаты и др. строительных материалов
В сельском хозяйстве — в качестве удобрений (шлаки фосфатные, шлакоизвестковая мука)

Фосфогипс

Является основным отходом в химической промышленности при производстве экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) на основе фосфатов, апатитов и фосфоритов
Количество накопленного фосфогипса до 140 млн. т
Представляет собой сернокислый кальций (дигидрат или полугидрат) с содержанием Р₂О₅ (до 1%), окислов магния, марганца, железа, меди, лития, стронция, бария и др. редких элементов

Нормативы образования

Направления возможного использования

В цветной и химической промышленностях — для повторной переработки и извлечения редких металлов и других ценных компонентов
В строительстве и промышленности строительных материалов — для производства гипсового вяжущего вещества и строительных изделий из него; в качестве минерализатора при производстве цемента; в качестве вяжущего готового вещества и заполняющего материала при прокладке дорог
В газовой и нефтедобывающей промышленностях — для тампонажа закрытых скважин и выработанных пластов
В сельском хозяйстве — для химической мелиорации солончаковых почв

Галитовые отходы

Основной отход производства калийных удобрений на основе сильвинитового сырья
Накапливается в солеотвалах и глинистосолевых шламонакопителях
Содержат до 95 % хлористого натрия
Нормативы образования 2,5 – 3,0 т/т продукции
Количество накопленных около 200 млн. т галитовых отходов

Направления возможного использования

В химической промышленности — в качестве дополнительного сырья при производстве минеральных удобрений при повторной переработке глинисто-солевых галитовых шламов
Используется как исходное сырье для производства технической, кормовой и пищевой (поваренной) соли, соды, хлора
В добывающей промышленности – для закладки выработанных пространств шахт, для приготовления солевых и глинистых материалов при промывке и тампонапже буровых скважин

Пиритные огарки

Является основным отходом производства серной кислоты методом обжига серного колчедана (пиритных концентратов)
Норматив образования 0,1 – 0,9 т/т моногидрата серной кислоты
Количество накопленных пиритных огарков свыше 16 млн. т
Содержат в своем составе железо (до 60%), медь, свинец, цинк, золото, серебро

Направления возможного использования пиритных ограков

В черной и цветной металлургии — для извлечения железа, цветных и благородных металлов
В черной металлургии — в качестве компонента при производстве огнеупоров
В цветной металлургии – в качестве железного флюса при выплавке свинца
В промышленности строительных материалов — в качестве железосодержащего компонента в составе цементной шихты при производстве цемента
В стекольной промышленности — в качестве железного красителя

Лигнин

Представляет собой твердый (пастообразный) остаток после обработки древесины или другого растительного сырья раствором серной кислоты
Содержит измененный (после химической реакции) лигнин растительной клетки, моносахара, минеральные и органические кислоты, зольные элементы
Соотношение перечисленных компонентов зависит от применяемого сырья и колеблется в широких пределах
Имеет способность переходить в вязкопластичное состояние, богат азотом (0,5 кг своб. азота на тонну)
Норматив образования 0,3-0,4 т/т продукции гидролизного производства
Количество накопленного лигнина около 3 млн. т

Направления возможного использования

В химической и пищевой промышленностях — в качестве сырьевого продукта для производства фурфурола, очищающего и обесцвечивающего вещества
В качестве сорбента для технологий очистки по типу активных углей
В сельском хозяйстве — в качестве органического удобрения в сочетании с известью и другими добавками
Как топливо (в брикетах) для бытовых и технических нужд

Отработанные формовочные смеси (горелая земля)

Вяжущий материал (жженое стекло, битумные смеси, полимерный материал и т.п.)

Мелкие частицы металла и его шлаков

Остатки несгоревшего угля и его зольные отходы

Направления возможного использования отработанных формовочных смесей (горелой земли)

В литейном производстве – для повторного (после их регенерации) использования в приготовлении новых формовочных смесей
В строительстве – для замены чистого песка, гравия, керамзита, а также в качестве заполнителей в бетонные смеси при сооружении оснований зданий и прокладке дорог
В промышленности строительных материалов – для изготовления различных строительных изделий (строительных стеновых блоков, железнобетонных конструкций, в качестве активных минеральных и корректирующих кремнеземистых добавок при производстве цементов)

Осадки и шламы очистных сооружений

Общие (краткие сведения)

Осадки и шламы ОС промышленных сточных вод
Осадки и шламы ОС городских (коммунальных) сточных вод

Физико-химический состав и нормативы образования осадков и шламов ОС зависят от видов промышленного производства, их наличия в городской черте с учетом эксплуатации единых или отдельных (автономных для промышленных предприятий) очистных сооружений, а также применяемых на ОС технологий очистки сточных вод.

Содержат в своем составе ионы различных металлов (в т.ч. – тяжелых), их соли и микрочастицы, различные органические и неорганические вещества (соединения), бытовой мусор, песок, канализационный ил, биогаз.

Степень обезвреживания осадков и шламов ОС предопределяет возможные направления их практического использования.

Представлена классификация отходов по различным признакам. Рассмотрена методика составления и схема расчета экологического баланса металлургического производства. На основании баланса веществ строится карта-схема движения веществ в структуре производства (межцеховые вещественные потоки). Приведены основные способы переработки отходов в металлургическом производстве

1. Гельманова З.С., Филатов А.В. Проекты эффективного использования отходов промышленных предприятий, снижающие нагрузку на окружающую среду // Статья Металлург. – 2015. – № 9.

2. Гельманова З.С., Осик Ю.И., Бутрин А.Г. Экологический менеджмент металлургического предприятия: Монография. – Караганда: Изд-во КарГУ, 2014. – 116 с.

3. Жаксыбаева Г.Ш., Гельманова З.С. Экологический менеджмент предприятия: теория и практика. Монография. – Астана: Академия государственного управления при Президенте РК, 2011. – 223 с.

4. Кенжалиев Б.К. О концепции развития рационального использования минерального, техногенного сырья и вторичных металлов для организации производства 4-го и 5-го переделов в металлургическом комплексе Республики Казахстан // Комплексное использование минерального сырья. – Алматы, 2001. – № 6. – С. 117–136.

Черная металлургия представляет собой крупный национальный комплекс по добыче различных видов металлургического сырья и производству черной металлургии. В состав черной металлургии входят добыча и обогащение железных, хромитовых и марганцевых руд; коксование угля; металлургический передел (производство чугуна, стали и проката); производство ферросплавов (ферромарганец, феррохром, ферросилиций и др.); вторичный передел черных металлов; производство огнеупоров. В отраслевой структуре черной металлургии Казахстана, имеющей в своем составе горнорудную, металлургическую, ферросплавную, огнеупорную и ломоперерабатывающую отрасли, наибольший удельный вес занимает металлургическое производство, которое специализировано, в основном, на изготовлении различных видов листового проката [4].

Металлургический передел – основной технологический процесс с получением чугуна, стали, проката черных и цветных металлов, труб и др.

На металлургическом производстве имеют место огромные потери сырья в виде отходов, отбросов и потерь. В металлургическом производстве известна классификация отходов по различным признакам, среди которых основными можно считать классификацию по фазовому состоянию отходов и классификацию отходов по производственным циклам [4].

По фазовому состоянию отходы могут быть: твердыми – пыли, шламы, шлаки; жидкими – растворы, эмульсии, суспензии; газообразными – окислы углерода, окислы азота, соединения серы и другие.

По производственным циклам могут быть: отходы при обогащении – хвосты, шламы, сливы; отходы в пирометаллургии – растворы, осадки, газы.

На предприятии с полным металлургическим циклом, когда имеется производство чугуна, стали и проката, отходы могут быть двух видов – в виде пыли и в виде шлаков. В том случае, когда применяется мокрая газоочистка, вместо пыли отходом является шлам. Наиболее ценными для черной металлургии являются железосодержащие отходы (пыль, шлам, окалина), в то время как шлаки в основном используются в других отраслях промышленности.

При работе основного металлургического оборудования – агломерационных машин, доменных и мартеновских печей, конвертеров, электросталеплавильных печей образуется большое количество тонкодисперсной пыли, состоящей из окислов различных элементов. Тонкодисперсная пыль улавливается газоочистными сооружениями и затем либо подается в шлаконакопитель, либо направляется на последующую переработку, в основном как компонент аглошихты.

Шламы металлургического производства по месту образования классифицируются следующим образом: шламы углеобогатительных фабрик; шламы агломерационных фабрик; шламы доменного производства, в том числе шламы газоочисток доменных печей и шламы подбункерных помещений доменных печей; шламы газоочисток мартеновских печей; шламы газоочисток конвертеров; шламы газоочисток электросталеплавильных печей.

По содержанию в шламе полезных компонентов, а это в основном железо и углерод, шламы подразделяют на: богатые шламы, с содержанием 55–67 % полезных компонентов; относительно богатые шламы, содержание полезных компонентов в которых составляет от 40 до 55 %; бедные шламы, содержание полезных компонентов в которых составляет от 30 до 40 %.

В агломерационном производстве выход отходов имеет место в виде отходов спекания агломерата – агломерационного шлама. Отходами доменного производства являются огненножидкий шлак, колошниковая пыль, шлам гидроуборки и пыль вентиляции, скрап из доменного шлака, скрап из горновых канав, доменный газ и шламы газоочистки.

Отходами сталеплавильного производства являются: конвертерный шлак, шлам газоочистки конвертерного цеха, скрап из сталеплавильных шлаков текущего производства, скрап технологический сталеплавильных цехов, брак и недоливки сталеплавильных цехов, пыль графитовая, конвертерный газ, отсев извести в конвертерном цехе.

Серьезной проблемой является использование уже накопленных за прошедшие десятилетия так называемых хвостов рудообогатительных фабрик. Эти дисперсные (крупностью 3–10 мм.) отходы обогащения железной руды, в которых, помимо небольшого количества железа (10–15 %), имеются в промышленных количествах тяжелые металлы: цинк, медь, кобальт, титан и другие. Соли этих металлов являются ядовитыми и водорастворимыми соединениями, которые в процессе хранения хвостов поступают в подпочвенные воды, вымываются дождями и, в конечном счете поступают в организм человека. Рециклинг хвостов крайне необходим, как с экологической, так и с экономической точек зрения.

Рециклинг подразумевает под собой обеспечение экобаланса при производстве металлопродукции. Под экобалансом понимается совокупность показателей, оценивающих эффективность производственного процесса (технологии) с точки зрения:

- расходования всех видов ресурсов, главным образом, материальных и энергетических;

- учета последствий процесса для окружающей природной среды и общества: количество выбросов всех видов во все природные среды, глобальный рециклинг всех видов продукции процесса.

Особенно важно отметить, что в расчетах в обязательном порядке учитываются показатели добычи всех необходимых для реализации данной технологии ресурсов из недр Земли. Поэтому, например, учитывается не количество затраченной на реализацию тех или иных производственных процессов электроэнергии, а количество энергоносителей, которое необходимо извлечь из недр Земли для производства и транспортировки этой энергии потребителю (учитывая также затраты энергии и материалов на подготовку энергоносителей к их использованию).

Сущность методики составления экобалансов, как правило, раскрывается через расчеты конечных показателей по трем каналам вычислений:

- промышленных технологий использование только фиксируемых в производстве расход энергоресурсов;

- расход ресурсов материалов;

- количество выбросов в окружающую среду.

Для проведения расчетов в условиях любых показателей совершенно недостаточно. Составление экобалансов требует получения следующей объективной информации:

- полный химический состав (желательно – содержание всех химических элементов в соответствии с таблицей Менделеева) всех веществ, поступающих на территорию предприятия;

- материальный баланс веществ производственных процессов (исходные вещества, конечная основная и попутная продукция, выбросы в окружающую среду);

- полный химический состав основной и попутной продукции, отходов и выбросов в окружающую среду.

На основании баланса веществ строится карта-схема движения веществ в структуре производства (межцеховые вещественные потоки). При анализе движения веществ выделяют основные (главные) химические элементы и рассчитывается движение этих элементов по территории предприятия (элементопотоки). При расчетах постоянно проверяются результаты их промежуточных стадий на соответствие технологическим показателям работы цехов предприятия. На основе термодинамического моделирования прогнозируется состав и количество выбросов в атмосферу и водоемы. Схема расчета экобалансов приведена в табл. 1.

Схема расчета экологического баланса металлургического производства [3]

Дополнительный и вспомогательный расчеты

Определение количества отходов производства, образующихся при производстве проказа

1.1. Расчет количества слябов

2.1. Определение состава жилкой стали до ввода ферросплавов;

2.2. Расчет необходимого количества ферросплавов;

2.3. Определение необходимого количества извести;

2.4. Определение состава сталеплавильною шлака;

2.5. Расчет состава и количества отходящих газов

Определение параметров производства первичного металла (чугун, металлизованное сырье)

3.1. Расчег химического состава железорудного концентрата.

3.2. Расчет химического состава окускованного сырья

Определение параметров окускования железорудного сырья

4.1. Расчет количества угольного и железорудного концентратов, необходимых для производства кокса и окускованного сырья;

4.2. Определение количества попутной продукции, количества и состава образующегося коксового газа;

4.3. Расчет количества флюса, необходимого для получения доменного и сталеплавильного шлака. Определение количества и состава образующихся отходящих газов

Определение потерь металлургических материалов и выбросов, имеющих место при их транспортировке

5.1. Расчет потерь металлургических материалов и выбросов, имеющих место при их транспортировке

Определение параметров добычи железорудной руды, металлургических углей и флюса

6.1. Расчет количества образующихся в результате обогащения хвостов;

6.2. Расчет количества образующейся вскрышной породы;

6.3. Определение количества и состава образующихся отходяших газов

Расчет количества электроэнергии

7.1. Определение потребности в энергетических углях

На пути к созданию экологичной и малоотходной металлургии зарубежными государствами был накоплен немалый опыт. В разных странах мира применяются различные методы утилизации и переработки отходов металлургии: в автодорожном и железнодорожном строительстве, в сельском хозяйстве в качестве удобрений, в строительной промышленности и других отраслях.

В металлургии при создании новых предприятий и реконструкции действующих производств необходимо внедрение безотходных и малоотходных технологических процессов, обеспечивающих экономное, рациональное использование рудного сырья:

- вовлечение в переработку газообразных, жидких и твердых отходов производства, снижение выбросов и сбросов вредных веществ с отходящими газами и сточными водами;

- при добыче и переработке руд черных и цветных металлов – широкое внедрение использования многотоннажных отвальных твердых отходов горного и обогатительного производства в качестве строительных материалов, закладки выработанного пространства шахт, дорожных покрытий, стеновых блоков вместо специально добываемых минеральных ресурсов;

- переработка в полном объеме всех доменных и ферросплавных шлаков, а также существенное увеличение масштабов переработки сталеплавильных шлаков и шлаков цветной металлургии;

- резкое сокращение расходов свежей воды и уменьшение сточных вод путем дальнейшего развития и внедрения безводных технологических процессов и бессточных систем водоснабжения;

- повышение эффективности существующих и вновь создаваемых процессов улавливания побочных компонентов из отходящих газов и сточных вод;

- широкое внедрение сухих способов очистки газов от пыли для всех видов металлургических производств и изыскание более совершенных способов очистки отходящих газов;

- утилизация слабых (менее 3,5 % серы) серосодержащих газов переменного состава путем внедрения на предприятиях цветной металлургии эффективного способа – окисления сернистого ангидрида в нестационарном режиме двойного контактирования;

- на предприятиях цветной металлургии ускорение внедрения ресурсосберегающих автогенных процессов и в том числе плавки в жидкой ванне, что позволит не только интенсифицировать процесс переработки сырья, уменьшить расход энергоресурсов, но и значительно оздоровить воздушный бассейн в районе действия предприятий за счет резкого сокращения объема отходящих газов и получить высококонцентрированные серосодержащие газы, используемые в производстве серной кислоты и элементарной серы;

- разработка и широкое внедрение на металлургических предприятиях высокоэффективного очистного оборудования, а также аппаратов контроля разных параметров загрязненности окружающей среды;

- быстрейшая разработка и внедрение новых прогрессивных малоотходных и безотходных процессов, имея в виду бездоменный и бескоксовый процессы получения стали, порошковую металлургию, автогенные процессы в цветной металлургии и другие перспективные технологические процессы, направленные на уменьшение выбросов в окружающую среду;

- расширение применения микроэлектроники, АСУ в металлургии в целях экономии энергии и материалов, а также контроля образования отходов и их сокращения.

Сухой поверхностный слой пылевидных отходов, находящихся в отвалах и хранилищах, активно переносится ветром на большие расстояния, загрязняя сельскохозяйственные угодья и окружающую среду. Задача комплексного использования сырья в металлургии – рациональная полнота извлечения основных и сопутствующих элементов, утилизация отходов добычи, обогащения руд без нанесения урона окружающей среде. Кроме этого металлургия является весьма земле- и водоемкой отраслью [4]. Несмотря на наличие технологий извлечения ценных попутных компонентов из железной руды на большинстве комплексных месторождений, полезные материалы сбрасываются в отвалы.

Основные способы переработки отходов в металлургическом производстве приведены в табл. 2.

Способы переработки пылей и шламов

Схема технологического процесса

Особенности и преимущества

Классификация в гидроциклоне

Отделение частиц, содержащих свинец и цинк, – изготовление миниокатышей – спекание на агломашине

Продукт после удаления 60–80 % цинка применяется как компонент аглошихты. В процессе агломерации используется углерод, содержащийся в пыли

Обезвожнвание- смешивание окомкование спекание на агломашине

Использование миниокатышей предотвращает снижение газопроницаемости шихты при производстве агломерата

б) хлорированных неофлюсованных

Окислительный обжиг исходного материала – смешивание – окомкование – обжиг

Возможность использования пыли разного происхождения. Высокая степень очистки от цинка и других примесей

Обезвоживание – смешивание – окомкование – востановительный обжиг для доменной или электросталеплавильной печи

Высокая степень очистки от цинка, свинца, соединений щелочных металлов. Снижение расхода кокса в доменной печи. Создание бескоксовой металлургии

Обезвоживание смешивание – окомкование – сушка для доменной печи или конвертера

Низкие капитальные затраты из-за отсутствия обжигового оборудования

В настоящее время задача управления отходами должна решаться на основе иерархии. В этом случае главный приоритет отдается стремлению избежать образование отходов, далее; если они образуются, то необходимо стремиться к их минимизации; затем рассматриваем возможность вторичного рециклинга отходов; следующий уровень обработка первичных отходов; и, наконец, захоронение отходов. Рециклинг отходов подразумевает не только их возврат в производство основной продукции, но и их продажу заинтересованным потребителям [3].

При разработке квазибезотходных технологий производства чугуна и стали необходимо учитывать тот факт, что в черной металлургии Казахстана природоохранные технологии функционируют на достаточно высоком уровне, чего нельзя сказать про ресурсосберегающие технологии, основанные на утилизации отходов. Например, слабо используется рециклинг пылевидных отходов железорудного сырья, в которых содержание железа доходит до 60 %. В лучшем случае они используются как компонент шихты при получении агломерата, производство которого считается одним из технологически неблагополучных. Следует отметить, что пыль, улавливаемая при производстве чугуна, уникальна по своему составу в ней, помимо железа, имеется цинк в количестве 7–10 % (обычно его содержание не превышает 10 %). Рециклинг такой пыли особенно привлекателен, поскольку тогда можно получать и цинк, и железо.

Таким образом, особенностью использования сырья в металлургическом производстве является высокий уровень показателя расхода материальных ресурсов на производство продукции, поскольку в качестве первичного сырья используются ресурсы с низким содержанием полезного компонента. В результате на металлургическом производстве имеют место огромные потери сырья в виде отходов, отбросов и потерь. Следует отметить, что экономические потери от выхода отходов возрастают к завершению металлургического цикла. Наибольшую величину экономические потери имеют при образовании отходов в прокатном переделе. Именно поэтому важен поиск резервов уменьшения потерь металла в прокатном переделе.

В настоящее время при современном уровне развития экономики страны в Казахстане существует объективная возможность перевооружения предприятий черной металлургии и внедрения экологически чистых производств и ресурсосберегающих технологий, отвечающих мировым стандартам. Кроме того, для развивающегося Казахстана социально-экономический аспект проблемы улучшения использования сырьевых ресурсов важен не менее чем экологический аспект данной проблемы.

Читайте также: