Формирование шлаков металлургического передела и основные направления их применения

кодирующим синтез мышиного металлотионеина, клонирован в бактериях. Это открывает возможность получения белка в больших количествах с использованием иммобилизованных бактерий и его применения для связывания и экстракции тяжелых металлов.

Исходя из вышесказанного в настоящее время наиболее перспективными с экономической и экологической точки зрения являются комбинированные методы очистки промышленных стоков от солей тяжелых металлов, преимущественно биологические, и технологические комплексы с замкнутой системой водоснабжения.

Литература

строительного и горнорудного предприятий республики Башкортостан): автореф. дис. ... канд. техн. наук. Уфа, 2010. 23 с.

Мишурина О.А. Технология электрофлотационного извлечения марганца в комплексной переработке гидротехногенный георесурсов медноколчеданных месторождений: дис. ... канд. техн. наук: 25.00.13. Магнитогорск, 2010. 153 с.

Пат. 2122525 РФ, МПК C 02 F 1/465. Способ очистки сточных вод от цветных и тяжелых металлов / Ильин В.И., Колесников В.А.; заявитель и патентообладатель Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева. 97103077/25; заявл. 28.02.1997; опубл. 27.11.1998, Бюл. №10. 4 с.: ил. Волкова Е.А. Совершенствование способа очистки низкоконцентрированных сточных вод медноколчеданных месторождений с попутным извлечением ценных компонентов: дис. ... канд. техн. наук: 03.00.16. Магнитогорск, 2008. 150 с.

2

Будников Г.К. Тяжелые металлы в экологическом мониторинге водных систем // Соросовский образовательный журнал. 1998. №5. С. 23-29.

Набиев А.Т. Защита водных объектов от воздействия металлсодержащих сточных вод (на примере машино-

Сведения об авторах

Черчинцев Вячеслав Дмитриевич - д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности факультета стандартизации, химии и биотехнологии ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: 8(3519)29-85-15. E-mail: eco_safe@magtu.ru

Серова Анна Андреевна - аспирантка факультета стандартизации, химии и биотехнологии ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». E-mail: anet28061989@rambler.ru

♦ ♦ ♦

3

4

5

УДК 669.058.82

Гусева Ю.О., Сычева Т.С., Моторина О.С., Сериченко Ю.С., Боброва З.М.

ФОРМИРОВАНИЕ ШЛАКОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПЕРЕДЕЛА И ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

Аннотация. Изучены основные характеристики металлургических шлаков, химический состав, способы утилизации, использование и применение.

Ключевые слова: шлаки, сталеплавильные шлаки, доменные шлаки, ваграночные шлаки, шлаки ферросплавов, переработка металлургических шлаков, утилизация.

Источниками загрязнения атмосферы, прилегающих земель и подземных вод являются заскладирован-ные в отвалах отходы производства и потребления.

С целью уменьшения нагрузки на земельные участки и количества складируемых отходов необходимо увеличивать переработку отвальных шлаков. Для этого применяют малоотходные технологии, которые приводят к увеличению объёма товарной продукции.

Шлаки являются неизбежным побочным продуктом основного производства, выход которых составляет от 10 до 40% произведенного металла. Основными источниками образования отвальных шлаков являются:

• продукты реакций окисления примесей чугуна и металлического лома (кремния, марганца, фосфора и др.);

• продукты разрушения футеровки сталеплавильного агрегата;

• загрязнения, вносимые металлической шихтой (песок, миксерный шлак и др.);

• ржавчина, покрывающая металлический лом;

• флюсы и твердые окислители (известняк, известь, боксит, плавиковый шпат, железная руда и др.) [1]

Были проанализированы основные характеристики шлаков, позволяющие классифицировать их по способу образования. Составлена схема, представленная на рис. 1 [2].

Накопленные отходы являются ценнейшим материалом и уже успешно используются в производстве нерудных строительных материалов, дорожном строительстве, металлургии, сельском хозяйстве.

Так как значительный объем промышленных отходов в России и странах СНГ приходится на металлургические шлаки, для поиска способов по их пере-

работке был изучен химический состав шлаков, данные по которым были сведены нами в табл. 1 [3].

Ряд крупных металлургических комбинатов уже имеют определенный опыт переработки шлаков. Стимулом служит как ужесточение законодательной базы в части хранения отходов, так и экономический фактор [4, 5].

_*

шлаки чёрной металлургии

Виды шлаков

1_

шлаки цветной металлургии

сталеплавильные

в зависимости от способа производства

мартеновские

конвертерные

в зависимости от химического состава

основные

доменные в зависимости от химического состава

основные

нейтральные

кислые

ваграночные

медеплавильные

никелевые и др.

шлаки ферросплавов

Рис. 1. Классификация шлаков по способу образования

Таблица 1

Химический состав сталеплавильных и доменных шлаков

Процесс Период плавки Содержание компонентов, %

FeO Fe2Oз ^2 CaO Al2Oз P2O5

Сталеплавильные шлаки Основной мартеновский скрап-рудный После плавления 10-16 3-8 18-22 5-12 35-42 6-10 0.5-1.5 5-8

Перед раскислением 8-18 3-6 15-20 3-6 40-47 5-12 0.5-1.0 7-10

Основной в двухванно-вой печи Перед раскислением 21-25 5-8 12-18 3-5 38-41 3-5 0.5-1.0 4-7

Кислородно-конвертерный Середина продувки 6-8 1-3 15-25 9-15 36-40 1.5-2 1.9-2.0 5-7

Конец продувки 9-16 3-5 8-17 9-12 42-51 2.5-4 2.0-3.5 6-9

Основная дуговая электросталеплавильная печь Окислительный 8-15 2-4 12-20 5-19 45-50 3-5 0.5-1.5 7-12

Восстановительный (белый) <1 CaF2 8-10 15-18 <0.5 50-55 6-7 - 6-10

Кислый мартеновский (активный) После плавления 19-27 2-4 45-49 12-20 1-3 2-4 - -

Перед раскислением 13-22 0.5-1.5 51-60 15-22 1-13 1-3 - -

Ваграночные шлаки - - 36 - 45 10 - -

Доменные шлаки 0.2-0.6 30-40 0.3-1 29-30 - - 0-18 0.2-0.6

Для уменьшения воздействия на окружающую отходами производства и потребления: переработка, среду используют следующие способы обращения с утилизация, складирование, захоронение.

На ММК в 2008 году был образован цех по переработке шлака (ЦПМШ). В настоящее время работают три новых установки фирмы «Амком» и действующая с 1994 года установка фирмы «Роксен». Они «поглощают» 9 млн тонн шлаков в год, выдают до миллиона тонн металлосодержащего сырья и позволят в ближайшие десять лет ликвидировать все отвалы из сталеплавильных шлаков Магнитогорского металлургического комбината.

Переработка металлургических шлаков проходит в несколько этапов:

• разборка и предварительная сортировка;

• дробление металлосодержащего шлака;

• отделение выделившегося металла;

• промежуточная и окончательная сортировка;

• транспортировка.

С целью увеличения производительности установок по переработке шлаков был произведен поиск нового, усовершенствованного оборудования. В результате была выбрана установка ТДСУ, технологическая схема которой представлена на рис. 2. [6].

Рис. 2. Технологическая схема установки для переработки металлургических шлаков в щебень с отделением металла. Оборудование ТДСУ: 1 — вибропитатель ДРО-708-1 на опорной раме; 2 — агрегат сортировки ДРО-654; 3 — галтовочный барабан ДРО-655; 4 — агрегат крупного дробления ДРО-510-30; 5 — агрегат среднего дробления СМД-511; 6 — агрегат сортировки ДРО-669; 7 — конвейера на базе ДРО-904 (2 шт.); 8 — конвейер ДРО-924; 9 — конвейеры: ДРО-923; на базе ДРО-923; 10 — конвейеры на базе ДРО-914; 11 — конвейеры ДРО-914; 12 — конвейеры ДРО-912 (3 шт.); 13 — железоотделитель на опоре (4 шт.); 14 — агрегат управления У7810.4А

Утилизация доменных шлаков в странах Азии, Америки и Африки также развивается по пути использования их в производстве строительных мате-

риалов. Более 60% доменных шлаков гранулируется и измельчается до высокой удельной поверхности (4000-4500 см2/г) для последующего их использования при приготовлении бетонов, пемзы, керамики.

В России значительная доля доменных шлаков (около 20%) направляется в отвалы, в то время как в зарубежной практике широко используются импортные поставки гранулированных шлаков, в том числе молотых. Например, в Евросоюзе импортируется около 10% доменных шлаков, в США - до 20%.

Утилизация сталеплавильных шлаков в странах Европы, так же как и в России, затруднена из-за значительных колебаний физико-химических свойств. В соответствии с технологическими процессами и плавильным оборудованием эти шлаки подразделяются на две основные группы: конвертерные -- около 60% общего объема, и электроплавильные - около 30%. Остальные 10% - это шлаки вторичных металлургических процессов.

В 2007 году металлургическими предприятиями РФ всего отгружено для строительного комплекса 8,1 млн тонн шлакового щебня, который используется в основном для асфальтобетонных покрытий и устройства дорожного полотна.

Рассмотрение возможных направлений использования шлаков представлено в виде табл. 2.

Таблица 2

Основные направления использования различных видов

металлургических шлаков

Виды шлаков Строительная индустрия Сельское хозяйство Очистка сточных вод

Доменные Гипсобетон, бетон, шлаковая пемза (утеплитель, шумопоглатитель), цемент, шлаковая вата (войлок, жесткие плиты, жидкое стекло, бентонитовая глина) Минеральные добавки Очистка от тяжелых ионов

Сталеплавильные Цемент, селикатные бетоны, селикатный кирпич, стеновые блоки, минеральный порошковый асфальтобетон, битумно-минеральные смеси Минеральные удобрения, известкование почв, раскислители почв Очистка от тяжелых ионов

Ваграночные Жаростойкий бетон, декоративный бетон (мозаичный пол), цемент, шлаковая вата, фасадная керамика Раскислители почв, минеральные удобрения Очистка от тяжелых ионов

Исходя из химического состава формирующихся в ОАО «ММК» отходов, можно порекомендовать расширить ассортимент товарной продукции, производить фасадную керамику, декоративный бетон, сорбенты для очистки от тяжелых ионов, раскисли-тели почв, минеральные удобрения. Для этого необходимо приобретение современного модернизированного оборудования и расположение его на территории

существующих цехов без занятия дополнительных земельных площадей, что позволит уменьшить затраты как по передаче отходов специализированным организациям по переработке, так и по транспортировании.

Литература

1. Боброва З.М., Ильина О.Ю. Природоохранная деятельность предприятий: учеб. пособие. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2007.

2. Рациональные пути использования сталеплавильных шлаков / Н.А. Шаповалов, Л.Х. Загороднюк, И.В. Тику-нова, А.Ю. Шекина // Фундаментальные исследования. 2013. №1. С.439-441.

3. Зборщик А.М. Конспект лекций по дисциплине «Металлурга стали». Донецк: ГВУЗ «ДонНТУ», 2008. 238 с.

4. Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология. 12-е изд., доп. и перераб. Ростов н/Д.: Феникс, 2007. 602 с.

5. Годовой отчет / ОАО «ММК». Магнитогорск, 2012.

6. Переработка металлургических шлаков. URL: http://www.uysm.ru

Сведения об авторах

Боброва Залия Маратовна - канд. техн. наук, доц. факультета стандартизации, химии и биотехнологии ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: (3519) 29-84-44.

Гусева Юлия Олеговна - студентка гр. ТС-10 института металлургии, машиностроения и материалообработки ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». E-mail: yulechkaguseva1992.20@mail.ru.

Сычева Татьяна Сергеевна - студентка гр. ТС-10 института металлургии, машиностроения и материалообработки ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». E-mail: tasina_girl@mail.ru.

Моторина Ольга Сергеевна - студентка гр. ТС-10 института металлургии, машиностроения и материалообработки ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». E-mail: 0lechka_1005@mail.ru.

Сериченко Юлия Сергеевна - студентка гр. ТС-10 института металлургии, машиностроения и материалообработки ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». E-mail: j ulij aserichenko@rambler.ru

♦ ♦ ♦

УДК 628.35

Багаутдинова Л.Н., Ворсин В.С., Волкова Е.А.

ВОЗМОЖНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО МЕТОДА ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Аннотация. Исследована проблема очистки сточных вод в совокупности с возможностью их повторного использования. В статье упоминается практика извлечения из сточных вод полезного компонента и дальнейшего применения его в сельском хозяйстве или депонирования. Рассмотрен метод биологической очистки сточных вод, а также методы обработки получаемых осадков. Приведены характеристики распространённых видов осадков, образующихся при биохимической очистке сточных вод, в т. ч. и одна из важнейших особенностей осадков сточных вод - высокое содержание органических примесей, способных быстро разлагаться и загнивать. Подобные примеси являются средой для развития вредных микроорганизмов и насекомых, служат причиной ухудшения санитарно-гигиенических условий. Указаны наиболее распространённые виды осадков биохимической очистки сточных вод. Дано описание перспективной зарубежной технологии, позволяющей производить очистку концентрированных осадков.

Ключевые слова: сточные воды, полезный компонент, биологический метод, дезинфекция, депонирование, осадок, стабилизация, отстойник, утилизация, органические примеси, суспензии, мезофильное сбраживание, метантенк, аэротенк.

В настоящее время проблема очистки промышленных сточных вод стоит особенно остро, в особенности, благодаря возможности повторного использования или даже извлечения из неё полезного компонента. Впоследствии возможно не только повторное использование подобного компонента, но и реализация его на рынке.

Методы очистки сточных вод становятся всё более продвинутыми, что позволяет снизить нагрузку на

используемые аппараты, а соответственно, и снизить расходы на их ремонт и энергопотребление [1].

Среди методов очистки сточных вод важную роль играет биологический метод, основанный на использовании закономерностей биохимического и физиологического самоочищения рек и других водоёмов.

Сточные воды перед биологической очисткой подвергают механической, а после неё (для удаления болезнетворных бактерий) и химической очистке,