Утилизация, обезвреживание и захоронение отходов производства

Тип работы: Курсовая работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 22 страниц
В избранное:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева

Кафедра Прикладная экология

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине: Утилизация, обезвреживание и захоронение отходов
производства

Тема: Отходы черной металлургии Доменные шлаки

Проверил:
Доктор технических наук, профессор
С.С. Нуркеев
Студент: А.С. Бесчетный
Специальность: 050608
Группа: ЭГб-04-2р

Алматы 2007

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3
1. Получение чугуна ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..4
2. Образование шлака ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 7
3. Методы переработки доменных шлаков ... ... ... ... ... ... ... ... ... .8
4. Расчет ПДВ (условие) ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...11
4.1 Определение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу ... ... ...12
4.2 Расчет пылеулавливающего оборудования ... ... ... ... ... ... ... ... 15
4.2.1 Расчет полого скруббера (ПС) ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 15
4.2.2 Расчет пенного аппарата (ПА) ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 18
4.3 Категория опасности предприятия (КОП) ... ... ... ... ... ... ... ... ..22
4.4 Расчет рассеивания ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..23
Список литературы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...27

Введение

Одним из важнейших направлений ресурсосберегающей деятельности является
эффективное использование отходов производства. Среди различных факторов,
определяющих их рациональное применение, важную роль играют
организационные, в том числе система управления ресурсопотреблением,
которой, к сожалению, лишь на немногих заводах уделяется внимание. До 60
млн. т накопленных в отвалах отходов зол, шлаков, отработанных
катализаторов, гальвано-нефтешламов могут быть использованы в строительной
индустрии, однако, на сегодняшний день этот вопрос не находит практического
разрешения. Применение несовершенных технологий гальванопокрытий, других
видов металлообработки, приводит к значительным потерям дефицитных цветных
металлов и к резкому увеличению токсичности вывозимых на свалку отходов. По
этой причине ежегодно сотни тысяч тонн осадков городских очистных
сооружений становятся непригодными для использования в качестве удобрений,
и требуют надежного обезвреживания, захоронения.

1. Получение чугуна

Для производства чугуна в доменных печах необходимо иметь следующие
исходные материалы: железные руды, топливо и флюсы. Эти исходные материалы
называются шихтой.
Железные руды представляют собой оксиды и карбонаты железа, и другие
соединения. Оксиды: Fe2O3-красный железняк, Fe3O4-магнитный железняк,
Fe2O3·пH2O-бурый железняк.
Карбонаты: FeСО3-шпатовый железняк.
Топливом для доменной плавки служит кокс продукт сухой перегонки
каменного угля.
Как частичные заменители кокса могут быть использованы природный газ,
мазут или пылевидное топливо.
В качестве флюса используют известняк CaCO3 или доломитизированный
известняк nCaCO3 ·mMgCO3.
Пустая порода вместе с флюсами образует жидкий шлак. Флюс придает шлаку
необходимые состав и свойства, благодаря чему обеспечиваются заданный режим
работы печи и очистка чугуна от серы.
При сжигании топлива в доменной печи первым процесс является сгорание
углерода.
2С+О2=2СО+Q
Второй процесс характеризуется восстановлением железа, марганца кремния
фосфора серы и других элементов. Восстановителями являются СО,
Н2(образующийся в результате воздействие углерода на влагу дутья в виде
водяного пара) и твердый углерод С.
3 Fe2O3+СО=2Fe3O4+ СО2+Q;
Fe3O4+ СО=3FeО+СО2-Q;
FeО+ СО=Fe+ СО2+Q.
Восстановленное в доменной печи железо активно поглощает углерод
(науглероживается)
также капли жидкого металла интенсивно взаимодействуют с углеродом при
контакте с раскаленным коксом.
3Fe+2CO= Fe3C+ СО2+Q;
3Fe + С= Fe3C.
Насыщенное углеродом железо имеет пониженную (до 1150...1200ºС) в сравнении с
чистым железом (1539ºС) температуру плавления. Выделяется чугун.
Марганец восстанавливается твердым углеродом.
MnO+C=Mn+CO-Q
MnSiO3+CaO+C=Mn+CaSiO3+CO-Q
Восстановление кремния осуществляется по реакции.
SiО2+2C=Si+2CO-Q
В доменном процессе удалению серы из металла придается большое значение.
FeS+CaO+C=CaS+Fe+CO.

7
8

6

5

4

3

2

1

Рисунок доменной печи

1 шлаковая летка, 2 лещадь, 3 горн, 4 чугунная летка, 5 шахта, 6 выпуск
газов, 7 вагонетка, 8 наклонный мост.

Таким образом, в результате процессов восстановления окислов железа ,
растворения в железе С, Mn, Si, P, S в печи образуется чугун. В нижней
части печи образуется шлак в результате с плавления окислов пустой породы
руды, флюсов и золы топлива. По мере скопления чугуна и шлака их выпускают
из печи. Чугун выпускают через 3-4 ч., а шлак через 1,0-1,5 ч. Чугун
выпускают через чугунную летку, а шлак через шлаковую летку.

Науглероживание железа

Восстановленное в доменной печи из руды железо поглощает углерод и
другие элементы, образуя чугун. Процесс науглероживания железа начинается с
момента его появления в виде твердой губки в зоне умеренных температур.
Механизм науглероживания железа сводится к следующему. Свежевосстановленное
железо служит катализатором реакций разложения оксида углерода на сажистый
углерод и диоксид углерода. Эта реакция протекает на поверхности губки.
Обладая повышенной химической активностью, сажистый углерод взаимодействует
с атомами железа и образует карбиды железа. Науглероживание губчатого
железа уже заметно протекает при 400 – 500( С. По мере науглероживания
железа температура плавления его понижается. Если чистое железо плавится
при 1539( С, то сплав железа с углеродом, содержащий 4,3 % С, плавится при
1135( С. Однако науглероживание железа в твердом состоянии является лишь
начальной стадией этого процесса, способствующей понижению температуры
плавления металла. Более интенсивно науглероживание протекает после
перехода металла в жидкое состояние. Капли металла, стекая в горн печи,
контактируют на поверхности кусков раскаленного кокса с углеродом, в
результате чего содержание углерода в сплаве резко возрастает. На горизонте
фурм за пределами зон горения содержание углерода в чугуне достигает 3,8 –
4,0%. Окончательное науглероживание металла происходит в горне печи.

Переход других элементов в чугун (марганца, кремния, фосфора и серы)
осуществляется по мере их восстановления на различных горизонтах рабочего
пространства печи. Марганец при выплавке передельного чугуна заметно
переходит в металл уже в распаре, однако наиболее интенсивное насыщение
чугуна марганцем происходит в заплечиках и горне при восстановлении
марганца. Основная масса кремния переходит в чугун в нижней части
заплечиков и в горне. Содержание фосфора в пробах металла из распара почти
такое же, как и в конечном чугуне, а иногда и выше. Это объясняется тем,
что в металл из распара, попадает не только фосфор, который восстановился
здесь и выше, но и фосфор, возгоняющийся из нижних горизонтов печи. Фосфор
начинает переходить в металл уже в нижней части шахты.
Окончательное содержание углерода в чугуне не поддается регулированию и
зависит от элементов в сплаве. Марганец и хром, являясь корбидообразующими
элементами, способствуют увеличению содержания углерода в чугуне. Кремний и
фосфор, образуя более прочные с железом соединения, разрушают карбиды
железа и понижают содержание углерода в чугуне. Если в передельном
маломарганцовистом чугуне содержится 4 – 4,6% углерода, то в зеркальном
чугуне, содержащем 10 – 25 % марганца, углерода содержится 5 – 5,5 %, а в
75 %-ом ферромарганце содержание углерода достигает 7 – 7,5 %. Наоборот, в
литейном чугуне, содержащем 2,5% кремния, содержание углерода не превышает
3,5 %, а в ферросилиции содержание углерода понижается до 2 % и ниже.
Содержание марганца и кремния сильно влияет на структуру чугуна, что
имеет очень важное значение при производстве литейного чугуна,
используемого в машиностроении. Известно, что углерод в чугуне может
находиться в химически связанном состоянии в виде карбида и в свободном
состоянии в виде графита. В литейном чугуне благодаря повышенному
содержанию кремния значительная часть углерода находится в виде графита,
что способствует повышению прочности отливок. В изломе такой чугун имеет
серый цвет. Увеличение содержания карбидов железа в чугуне повышает его
хрупкость. В изломе такой чугун имеет белый цвет. Качество чугуна для
отливок также зависит и от условий выплавки чугуна в доменной печи.

2. Образование шлака

В доменной печи шлак образуется под действием высоких температур в
результате плавления пустой породы железосодержащих материалов и флюса, к
которым в горне присоединяется зола сгоревшего кокса. Шлакообразующими
оксидами являются SiO2, CaO, MgO, Al2O3, FeO, MnO, а также сульфиды
металлов, преобладающим из которых является CaS.
Образованию шлака предшествуют процессы размягчения и спекания пустой
породы и флюса, сопровождающиеся образованием твердых растворов и различных
химических соединений. Эти процессы представляют собой промежуточное звено
при переходе вещества из твердого состояния в жидкое. Чем больше
температурный интервал, в котором протекает превращение шлакообразующих
компонентов из твердого состояния в жидкое, тем большую часть по высоте
печи занимает вязкая масса, заполняющая пустоты между кусками кокса и
препятствующая движению и распределению газов. В связи с этим температурный
интервал размягчения шлакообразующих компонентов должен быть по возможности
меньшим.
В процессе шлакообразования различают первичный, промежуточный и конечный
шлаки. Первичный шлак появляется в начальной стадии шлакообразования в
результате плавления легкоплавких соединений. Первичный шлак, перемещаясь в
зоны с более высокими температурами, нагревается, а химический состав его
непрерывно изменяется в следствии восстановления железа и марганца из
соответствующих оксидов и растворения в шлаке новых количеств CaO и MgO,
увеличивающих количество шлака. Конечный шлак образуется в горне после
растворения в шлаке золы сгоревшего кокса и остатков извести и
окончательного распределения серы между чугуном и шлаком.
С применением офлюсованного агломерата условия шлакообразования
изменяются. Присутствие извести в агломерате обеспечивает хороший контакт
шлакообразующих оксидов, по этому их размягчение при нагреве и образование
первичного шлака протекает в сравнительно не большой зоне по высоте печи,
от чего значительно повышается газопроницаемость этой зоны. Восстановление
железа из офлюсованного агломерата протекает интенсивнее и равномернее по
сечению, вследствие чего в первичном шлакообразовании участвует меньшее
количество FeO, а зона начала образования шлака смещается в область более
высоких температур.

3. Методы переработки доменных шлаков
1. Гидрожелобной способ грануляции. Жидкий шлак сливают в гидрожелоб,
куда подается через гидронасадку вода под давлением 700 кПа. Шлак дробится
струей воды и застывает в виде гранул. Образующийся пар локализуется в
паросборнике и отводится в вытяжную трубу, а шлаковая пульпа самотеком
поступает на площадку предварительного обезвоживания, где с помощью
грейферного крана формируются бурты шлака высотой до 3 м. Отделившаяся
здесь вода самотеком поступает в отстойник, а далее насосом вновь
направляется на грануляцию. Влажность предварительно обезвоженного шлака
составляет порядка 12% и спустя 1-2 суток снижается до 8-10%, после чего
его можно отгружать потребителям.
Недостатками этого способа грануляции выступают низкая производительность,
коррозия аппаратуры, сложность утилизации теплоты шлака.
2. Бассейновый способ грануляции. Грануляцию осуществляют путем слива
расплавленного шлака в секционный бассейн с водой. Из бассейна шлак
извлекают грейферным краном и обезвоживают, как описано выше.
Недостатки этого метода - невозможность утилизации тепла, повышенная
влажность получаемого шлака, тяжелые условия труда.
3. Барабанная грануляция. Шлак сливается в желоб, куда одновременно
поступает вода, частично охлаждающая и вспучивающая шлак. Затем шлак подают
на полый барабан, снабженный лопастями и вращающийся со скоростью 250-300
обмин. Окончательное затвердевание гранул шлака происходит в воздухе при
их отбрасывании лопастями барабана на складскую площадку. Регулируя подачу
воды, можно получить гранулят с невысокой влажностью (3-5%).
4. Переработка шлака методом намораживания. Метод намораживания шлака на
охлаждаемые вращающиеся элементы, имеющие форму тел вращения.
При контакте охлаждаемой поверхности с расплавом в ходе прохождения
барабана через ванну в процессе, его вращения, на поверхности барабана
намораживается слой твердого продукта, который при выходе из ванны увлекает
жидкую пленку за счет адгезии. Увлеченный слой в дальнейшем затвердевает,
образующийся слой непрерывно снимается ножом и сбрасывается в приемную
емкость. Ножи укрепляются в нижней части или сбоку барабана на опорной раме
с прижимом с помощью пружины или жестких упоров. Теплопередача от расплава
к теплоносителю (воде или пароводяной смеси) осуществляется через
разделительную стенку, на которой и протекает затвердевание.
5. Производство шлаковой пемзы. Шлаковая пемза применяется в качестве
заполнителя легких бетонов и представляет собой зерна шлака неправильной
формы с шероховатой поверхностью, крупностью до 40 мм и пористостью 30-80%.
Насыпная плотность составляет 250-1200 кгм .
Одним из способов производства шлаковой пемзы является водо-воздушный,
согласно которому шлак сливается в приемную шлаковую ванну, откуда подается
в гранулятор, охлаждаемый водой. Слив шлака производится при непрерывной
подаче воздуха для вспучивания расплава. Окончательное затвердевание кусков
пемзы происходит в процессе их выбрасывания из выхлопного отверстия
гранулятора.
6. Производство шлаковой ваты. Шлаковая вата представляет собой
высокопористый материал, состоящий из тонких и гибких стекловидных волокон,
80-90% которых имеют диаметр менее 7 мкм, длину от 2 до 10 мм. Шлаковая
вата является эффективным теплоизолятором и изготовляется в виде матов,
жгутов, войлока, плит. Получают ее из расплава дутьевым, центробежным
(наиболее экономичным) и центробежнодутьевым способами.
Шлаковая вата должна иметь влажность не более 2%, содержать не более
1,5% серы и иметь модуль кислотности 1,2.
При необходимости в шлаковый расплав вводят корректирующие добавки.
Кроме SiO2, AI2O3, СаО, МgО компонентами, входящими в состав ваты, могут
быть оксиды железа, марганца, щелочных металлов, фтор, сера и др. (в
зависимости от состава исходного шлака).
Расплавленный шлак заливается в ванную печь, куда для увеличения модуля
кислотности добавляют бой стекла. Разогретый в печи до 1400 °С гомогенный
расплав через летку подается на ротор центрифуги и под действием
центробежных сил превращается в волокна. Сюда же подают водный раствор
мономеров фенолформальдегидных смол, которые играют роль связующего.
Образовавшиеся волокна, пропитанные связующим, осаждаются на движущейся
сетке в камере волокнообразования в виде шлаковатного ковра, который затем
попадает в камеру полимеризации, где при повышенной температуре происходит
поликонденсация мономеров в результате чего связующее теряет растворимость
в воде и переходит в твердое состояние (фенолформальдегидную смолу),
склеивая волокна между собой. После охлаждения шлаковатный лист разрезается
и упаковывается в водонепроницаемую бумагу и далее отправляется
потребителю.
7. Производство шлакоситаллов. Шлакоситаллы - стеклокристаллические
материалы, состоящие из различных кристаллов различных минералов (размером
от долей до нескольких мкм) в сочетании с остаточным стеклом (менее 40% по
объему). Шлакоситаллы характеризуются высокой химической устойчивостью,
жаростойкостью, прочностью, стойкостью к истиранию. Их изготавливают в виде
непрерывной ленты и прессованных плит. Окрашены в массе в белый и серый
цвет. Изделия из шлакоситаллов применяют в строительстве, химической,
горнорудной и других отраслях промышленности.
Уникальный комплекс свойств стеклокристаллических материалов обусловлен
однородной микрокристаллической структурой, состоящей на 70-90% из
кристаллов различных минералов очень малых размеров, скрепленных небольшим
количеством стекла. Такая структура способствует предотвращению образования
в материале напряжений, микротрещин, т.к. мелкие кристаллы содержат меньше
дефектов по сравнению с крупными.
Именно мелкозернистость ситаллов в значительной мере сообщает им
повышенные механические свойства. Физико-химические свойства определяются
фазовым составом - природой кристаллов и стеклофазы.
По виду основной кристаллической фазы, шлакоситаллы бывают
воллостонитовые, анортитовые, форстеритовые и др. Волластониговые
шлакоситаллы получены на основе доменного шлака. Кристаллизаторами для
велластонитовых шлакоситаллов являются сульфиды железа, марганца или цинка,
фториды.
Основу химического состава ситаллов формируют несколько оксидов - SiO2,
AI2O3, CaO, MgO, FeO, Fe2О3, суммарное количество которых достигает 90%.
Варка шлаксситалловых стекол осуществляется при 1500 'Си интенсивном
перемешивании. Для предварительной варки шлакоситаллов наиболее
целесообразно использовать конвертор, в котором происходит смешивание
жидкого шлака с корректирующей шихтой, разогрев и гомогенизация полученной
массы. Разогрев осуществляется пламенем горелок, находящихся в расплаве, в
связи с чем тепло используется наиболее эффективно и идет интенсивное
перемешивание расплава, так же обеспечивается возможность регулирования
окислительно-восстановительных процессов внутри стекломассы. Полученный
расплав, заполненный более чем на 60% объема газовыми пузырьками размером
порядка 2 мм, отводится из конвертора через сливное приспособление в ванную
печь. Здесь при температуре более 1500ОС интенсивно происходит процесс
осветления расплава и его дополнительное усреднение вследствие выделения
газовых пузырьков. Специфическим условием процесса является необходимость
поддержания восстановительной среды в печи в начале процесса варки и слабо-
окислительной - в конце его, что достигается изменением соотношения воздуха
и газа в горелках печи.
Из ванной печи расплав питателями подается в прокатные станы, где
формируется лента ситалла. Возможно также применение штамповки, дутья,
литья и т.д. для изготовления различных изделий. После этого изделия
направляются в кристаллизаторы, где с помощью электрического или газового
обогрева поддерживается температура, ... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.