Сторінка
3

Системи технологій металургії і перспективи поліпшення її екологічних характеристик

Рис. 59. Система технологій і матеріальні потоки «від руди до сталі»

Чавун доменного виробництва потребує дальшої переробки у сталь. З нього треба вилучити надлишок вуглецю (понад 3 %) і шкідливі домішки сірки й фосфору, що створює додаткові відходи. Сьогодні становище з відходами чорної металургії в Україні вкрай загрозливе. Так, наприклад, у деякі роки з кар’єрів Кривбасу щорічно вилучалось 380 млн t залізовміщуючих гірських порід, із яких одержували лише 60 млн t концентрату Fe2O3 для доменного виробництва, а 320 млн t пустої породи викидали у відвали і шламосховища. Це призводило до щорічної втрати сільським господарством регіону майже 1000 гектарів земель. У цілому за роки експлуатації залізорудних кар’єрів Кривбасу у відвали пішло близько 4 млрд t розкривних порід і шлаку. Щоб зрозуміти, що це таке, спробуйте, наприклад, перевести цю величину в кубічні метри, а потім викласти ці «кубики» в одну лінію чи насипати з них «курган слави» тим, хто «розкидав» їх на родючих землях України.

Від руди до сталі без домни й коксу

Чи можна якось інакше відновлювати залізо із руд, без відходів — токсичних газів і шлаку, які утворюються в доменному процесі? Так. Цей новий спосіб сьогодні відомий як «пряме відновлення», або «бездоменний процес» відновлення. Утім він зовсім не новий. У технічних журналах ще на початку сторіччя не тільки друкувались принципові його схеми, а й наводилися практичні дані, одержані на дослідних установках.

Основну ідею тут запозичено з «технології» наших далеких предків, які відновлювали залізо з руд, не розплавляючи їх. Відновлення відбувалося у твердому стані. Річ у тім, що в оксидах заліза (Fe2O3 i Fe3O4) залізо здатне відновлюватися воднем (Н2), а також, як і в домні, монооксидом вуглецю (СО) за температур 750…800°С, що значно нижче від температури плавлення як руди, так і самого заліза (1540°С). Хімізм цього процесу простий:

Fe2O3 + 3 H2 = 2 Fe +3 H2O;

Fe2O3 + 3 CO = 2 Fe +3 CO2.

Як результат ми отримуємо залізну спечену губчасту масу — «губчасте залізо», водяну пару і діоксид вуглецю. Ідеально! Ніяких шкідливих речовин! Ясна річ, що у реальному технічному оформленні процес є значно складнішим, але принципова суть саме така (рис. 60). Така технологія була реалізована на Оскольському електрометалургійному комбінаті (недалеко від Харкова) ще у 80-х роках.

Руду для цього комбінату добувають на Лебединському родовищі залізної руди і після глибокого збагачення подають безпосередньо на металургійний комбінат закритим гідропроводом. Після відфільтровування концентрату (близько 100% оксиду заліза) його фор-

Рис. 60. Система технологій і матеріальних потоків прямого відновлення заліза

мують у гранули — «окатиші», спікають і подають до шахтних печей, куди надходять також відновлювачі СО і Н2, які одержують конверсією на нікелевому каталізаторі природного газу метану:

У результаті процесів відновлення за наведеними вище схемами «окатиші» із оксиду заліза FenOm перетворюються на металізовані (Fe — до 95 %), які в електропечах переплавляються у високоякісну сталь.

Які ж економічні й особливо екологічні переваги цього процесу «прямого відновлення» перед доменним?

По-перше, виключається дороге й надзвичайно шкідливе виробництво коксу, майже відсутні характерні для коксового і доменного виробництва шкідливі викиди сполук сірки, азоту, канцерогенних органічних сполук, пилу і шлаку.

По-друге, нема потреби в енергомістких і шкідливих агломераційних і конвертерних цехах.

По-третє, транспортування сировини здійснюється гідротранспортом, конвейєрами і транспортерами, що значно зменшує забруднення навколишнього середовища пилом порівняно з традиційними видами транспорту, які потребують перевантажування матеріалів.

Крім цих трьох переваг, є й четверта — реальні перспективи можливості вдосконалення процесу відновлення. За поліпшення енергетичної ситуації в народному господарстві цілком можливо, що буде економічно доцільним одержання відновника (Н2) з допомогою електролізу води. У процесі відновлювання водень, відбираючи кисень від оксиду, зв’язується у воду, яка знову вводиться в цикл (на електроліз). Отже, формується справді екологічно чисте, практичне маловідходне виробництво (див. рис. 60).

Дуже важливо, що цей процес передбачає значне зменшення витрат води і забруднення річок і водоймищ. Крім того, маємо приклад успішного використання на новому техніко-екологічному рівні старих (за науковою ідеєю) технологій.

Нагальною проблемою для металургії України є також заміна застарілого енергоємного й екологічно небезпечного мартенівського методу виплавки сталі на киснево-конвертерний.

Системи електрохімічних технологій і токсичність їхніх відходів

Процеси електролізу не є виключно технологічними, вони відбуваються у природі як в абіотичних, так і у біотичних системах. З цього погляду закономірності, які розглядатимемо далі, є спільними для природних і технологічних процесів. Особливо велике значення електроліз має для добування кольорових металів. Хоча масштаби кольорової металургії порівняно з чорною є набагато меншими, екологічні проблеми, які вона створює для народного господарства, дуже великі.

По-перше, це зв’язано з тим, що вміст більшості кольорових металів у руді на один і, навіть, на два порядки менший, ніж заліза, а відтак і відходи виробництва значно більші.

По-друге, багато руд кольорових металів — це сполуки металу із сіркою і галогенами, що зумовлює високу шкідливість відходів виробництва. Так, вихід шлаків на 1 t виплавленої міді становить 10 … 30 t, на 1 t нікелю — майже 150 t. Величезна кількість відходів має місце за видобування свинцевих і цинкових руд. У відвалах залишаються десятки інших цінних металів — телур, кадмій, талій, без яких сьогодні не можуть обійтись деякі сучасні виробництва нової техніки. Вміст цих металів у шлаках є більшим, ніж у вихідних рудах, що небезпечно для навколишнього середовища. Усе це значно збільшує технічні й економічні проблеми виробництва кольорових металів.