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.

 

Техноэкология термической и химико-термической обработки.

Термическая обработка (ТО) - процесс тепловой обработки металлов и сплавов, заключающийся обычно в нагреве до определенной температуры, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении с заданной скоростью. Применяется для получения материала с заданными свойствами путем изменения его фазового состава и перераспределения компонентов. К ТО относятся отжиг, закалка, отпуск, старение.

Отжиг - ТО металла, структура которого находится в метастабильном или неравновесном состоянии, заключающаяся последовательно в нагреве до определенной температуры, выдержке и медленном охлаждении с целью получения более устойчивой структуры.

Отжиг металла производят для улучшения обрабатываемости, повышения пластичности, уменьшения остаточных напряжений и др. Отжиг подразделяется на отжиг I-го и II-го рода.

Отжиг I-го рода происходит без фазовых превращений или не зависит от них. К отжигу I-го рода относятся: гомогенизационный (диффузионный), увеличивающий зерно, кристаллизационный, для снятия остаточных напряжений.

Отжиг II-го рода - отжиг, при котором фазовые превращения определяют его целевое назначение. К отжигу II-го рода относятся: полный, неполный, изотермический, сфероидизирующий, патентирование, нормализация.

Закалка - ТО, заключающаяся в нагреве металла или сплава до определенной температуры, выдержке и последующем быстром охлаждении, c целью получения метастабильной или неравновесной структуры. Применяется для повышения твердости, износостойкости, прочности, пластичности, вязкости. Закалка классифицируется по различным признакам. Закалка может проходить с полиморфным превращением и без полиморфного превращения. Закалка может быть объемной и поверхностной, непрерывной и прерывистой. Различают также следующие виды закалки: ступенчатая, изотермическая (бейнитная), с самоотпуском, с обработкой холодом.

Одной из характеристик стали является прокаливаемость - способность получать закаленный слой с мартенситной структурой и высокой твердостью, простирающийся на ту или иную глубину.

Отпуск - ТО, заключающаяся в нагреве металла или сплава, подвергнутого закалке с полиморфным превращением, до определённой температуры (для стали - ниже Ас1), выдержке и последующем охлаждении, c целью превращения метастабильной или неравновесной структуры в более устойчивую. Отпуск позволяет уменьшить хрупкость и повысить пластичность материала.

Отпуск стали бывает трех видов: высокий,среднийинизкий.

Высоким называется отпуск стали в интервале температур 500-680⁰С, с целью получения (в зависимости от состава стали) структуры сорбита отпуска или мартенсита отпуска, характеризующегося вторичным твердением. Сочетание закалки и высокого отпуска называется улучшением стали.