Исследование техногенного элементопотока хрома и возможностей экологически безопасной утилизации шламов хроматного производства методами черной металлургии
Разработаны принципы создания технологии экологически безопасной переработки шламов хроматного производства, которая приведена на рис. 36 и включает в себя получение брикетов путём совместного прессования шламов с железорудным концентратом в количестве 10−50% (масс.) с последующей термообработкой в окислительных условиях при температуре 1150−1250 °С и дальнейшую переработку брикетов… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. ХРОМ, ЕГО НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЧЕЛОВЕКОМ
- 1. 1. Положение в периодической системе, физические и химические свойства хрома
- 1. 2. Исторические сведения об открытии хрома
- 1. 3. Хром в природной среде
- 1. 3. 1. Содержание хрома в литосфере Земли
- 1. 3. 2. Минералогия хрома
- 1. 3. 3. Содержание и поведение хрома в почвах
- 1. 3. 4. Хром в природных и техногенных водах
- 1. 3. 5. Хром в атмосфере
- 1. 3. 6. Хроме биосфере
- 1. 4. Ретроспектива применения хрома в промышленности
- 1. 5. Ресурсы и добыча хромсодержащего сырья
- 1. 6. Хром в современном промышленном производстве
- 1. 6. 1. Применение хрома при производстве сплавов с особыми свойствами
- 1. 6. 2. Использование хромитовых руд в огнеупорном производстве
- 1. 6. 3. Производство химических соединений хрома
- 1. 7. шламы хроматного производства
- 1. 7. 1. Общие сведения охроматах
- 1. 7. 2. Технология производства хроматов и источники образования хроматных шламов
- 1. 7. 3. Токсическое действие соединений, содержащих Cr (Vl)
- 1. 7. 4. Анализ известных методов утилизации шламов хроматного производства
- 2. 1. Пути и объёмы миграции хрома в природной среде
- 2. 2. Современная схема промышленного использования хрома
- 2. 3. элементопоток хрома в природной и техногенной средах
- 2. 3. 1. Методика построения элементопотоков
- 2. 3. 2. Построение элементопотока хрома в природной и техногенной средах
- 2. 3. 3. Анализ элементопотока хрома в природной и техногенной средах
- 2. 3. 4. Элементопоток хрома на металлургическом предприятии полного цикла для условий Череповецкого металлургического комбината
- 2. 3. 5. Анализ элементопотока хрома на металлургическом предприятии полного цикла
- 3. 1. Термодинамический анализ поведения соединений хрома в сложных металлургических системах
- 3. 1. 1. Теоретические основы и методика проведения термодинамического анализа
- 3. 1. 2. Выбор исходных данных для термодинамического анализа
- 3. 1. 3. Некоторые результаты термодинамического анализа
- 3. 2. Лабораторные исследования возможностей обезвреживания и утилизации шламов хроматного производства
- 3. 2. 1. Описание объекта исследования
- 3. 2. 2. Подготовка шлама к высокотемпературной обработке
- 3. 2. 3. Высокотемпературная обработка окускованных шламов
- 3. 3. Микроскопическое и рентгенофазовое исследование шламов хроматного производства
- 3. 3. 1. Методика проведения рентгенофазового анализа
- 3. 3. 2. Методика проведения микроскопического исследования
- 3. 3. 3. Результаты ренгенофазового и микроскопического исследований и их анализ
Исследование техногенного элементопотока хрома и возможностей экологически безопасной утилизации шламов хроматного производства методами черной металлургии (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
На протяжении всей двухсотлетней истории использования хрома в промышленности природные месторождения были главным источником его поступления в технологический цикл. В последние десятилетия роль хрома как элемента, широко использующегося при производстве широкого сортамента продукции, быстро возрастает. В то же время объём и качество его природных источников неуклонно снижаются.
В настоящей работе впервые выполнена количественная оценка значимости техногенных ресурсов хрома в сравнении с его природными источниками.
При этом учитывалось влияние технологий переработки различных видов ресурсов хрома на окружающую среду.
Целью данной диссертационной работы является: построение природного и техногенного элементопотоков хрома с целью сравнения их количественных характеристикразработка основ экологически безопасной технологии переработки шламов хроматного производства методами чёрной металлургииизучение поведения хрома в условиях металлургического предприятия полного цикла.
Выводы.
1. В шламе хроматного производства помимо оксидов хрома и железа содержатся значительные количества шлакообразующих компонентов, которые могут быть использованы в чёрной металлургии.
2. Исследование структуры полученных образцов показало, что ввод в железорудную шихту шлама хроматного производства в качестве флюсующей добавки позволяет производить принципиально новое по минералогическому составу и свойствам сырьё для металлургической промышленности. При окислительном обжиге шихты, состоящей из железорудного концентрата и шлама, возможно получать магнетитовую рудную фазу, аналогичную по составу фазе, присутствующей в агломерате, офлюсованном доломитизированным известняком. Силикатной связкой этого продукта является фаза мелилита в отличие от железистых оливинов (CaFeSi04) и пироксенов (CaFeSi206), образующихся при окислительно-восстановительном обжиге агломератов. Мелилит является основной фазой доменных шлаков /75/. Следовательно, в этом случае, как и в случае с добавлением известняка в качестве флюсующей добавки в аглошихту, происходит «вынос» процесса силикатообразования из восстановительного агрегата на обжиговую ленту, что позволяет экономить топливо в процессах производства первичного чёрного металла. Ещё одним аспектом производства окускованных железорудных материалов с добавкой хроматных шламов в качестве флюсующего компонента является возможность управления составом и свойствами получаемого сырья, достигаемая путём изменения соотношения железорудной и флюсующей частей шихты. Наиболее целесообразно добавлять хроматные шламы в шихту при производстве железорудных окатышей из руд осадочных кварцитов, где основная сили-катообразующая фаза представлена кварцем, который имеет температуру плавления 1710 °C и поэтому не может быть источником образования первичного упрочняющего железосиликатного расплава окатышей.
В состав шлама входит высококальциевый мелилит, который в процессе обжига, перейдя в железосиликатный расплав, позволит повысить основность производимых окатышей и значительно улучшить их физико-механический свойства.
В целом по работе можно сделать следующие выводы:
1. Определено, что в настоящее время мощность техногенной и природной составляющих элементопотока хрома сопоставимы и составляют соответственно 4083 и 2590 тыс. т в год. При этом основное количество природного хрома концентрируется в донных отложениях Мирового океана, что делает его недоступным для использования в хозяйственной деятельности человека даже в отдалённом будущем. В то же время основная часть техногенного потока хрома распределяется между металлофондом, накопление в котором составляет 56% от всего добываемого хрома и отходами горнодобывающей, металлургической и химической промышленности, в которых накапливается 27% всего добываемого хрома. Хром, находящийся в этих «аккумуляторах» потенциально доступен для извлечения, причём, хром, накопленный в составе металлофонда, активно используется уже на современном этапе развития технологии. Остальные 17% хрома, используемого в промышленном производстве, безвозвратно рассеивается в окружающей среде в процессах производства и потребления хромсодержащей продукции.
2. Проведён термодинамический анализ поведения более чем 25 соединений хрома при термообработке в различных термодинамических условиях, в том числе в смесях с различной массовой долей железорудного концентрата. Показано, что для технологии переработки шламов оптимальным является интервал температур от 1000 до 1500 °C.
3. На основе данных термодинамического анализа проведены лабораторные исследования, показавшие, что при термообработке окускованных шламов соединения хрома не образуют самостоятельных фаз, а хром переходит либо в шпинельную структуру магнетита, либо в силикатную связку, что исключает его возможное токсичное воздействие на окружающую среду при дальнейшей переработке в восстановительных агрегатах (доменных печах).
4. Разработаны принципы создания технологии экологически безопасной переработки шламов хроматного производства, которая приведена на рис. 36 и включает в себя получение брикетов путём совместного прессования шламов с железорудным концентратом в количестве 10−50% (масс.) с последующей термообработкой в окислительных условиях при температуре 1150−1250 °С и дальнейшую переработку брикетов в восстановительных агрегатах шахтного типа.
Транспорт и ровна шламе во влажном состоянии.
Транс порти рое и* во алежнои состоянии предотвращает образование токсичной хром соде ржа щей пыли.
Подготовка и смешивание шлама с кУр концентратом.
Подготовка шлама к последующему окускованию.
Влажное к о мп, а кт ирован и е смеси.
Окускование снеси в условиях, исключающих образование пыли.
Сушка и упрочняющий обжиг брикетов.
Термическое упрочнение брикетов для последующей переработки, а доменной печи и перевода хрома в безопасную форму.
Переработка брикетов в доменной печи.
Утилизации хроматного шлама в восстановительном агрегате в составе окус кованной смеси с железорудным материалом.
Рис. 36. Принципиальная технологическая схема утилизации шламов хроматного производства методами чёрной металлургии.
Определены параметры элементопотока хрома для условий Череповецкого металлургического комбината.
Список литературы
- Лисицин А.Е., Остапенко П. Е. Минеральное сырье. Хром. // Справочник. М.: ЗАО Геоинформмарк. — 1999. — 25 с.
- Большая Советская Энциклопедия. Статья «Хром».
- Авербух Т.Д., Павлов П. Г. Технология соединений хрома. Изд. 2-е, испр. Л.: Химия, 1973.-336 с.
- Салли А.Х., Брендз Э. Хром. М. Металлургия, 1971.
- Статья «Хром» на интернет-сайте Химического факультета МГУ им. Ломоносова, 2003. http://www.chem.msu.su/rus/history/element/Cr.html
- Статья «Historycal background of Chromium» на интернет-сайте Международной ассоциации производителей хрома «www.chromium-asoc.com», 2003. http://www.chromium-asoc.com/chromium/main2.html
- Рарр, John F. Chromium life cycle study / by John F. Papp. Information circular (United States Bureau of Mines) — 9411. 1998.
- Алексеенко В.А. Экологическая геохимия. Учебник. М: Логос, 2000. — 627 е.: ил.
- Магакьян И.Г. Рудные месторождения. М., Госгеолтехиздат, 1955, 335 с.
- Справочник по рудам чёрных металлов для геологов/Григорьев В.М., Борисенко Л. Ф., Кравченко Г. Г. и др. -М.: Недра, 1985, с. 287, ил.
- Рудные месторождения СССР. В трёх томах. Под общей редакцией акад. В. И. Смирнова. Том 1. М., «Недра», 1974, 328 с.
- А.В.Долгополова. О загрязнении окружающей среды хромом. //Прикладная геохимия. Выпуск 2. Экологическая геохимия./ Глав. Ред. Э. К. Буренков. Сборник статей.-М., ИМТРЭ, 2001, 514 с.
- Справочник по гидрохимии. Подготовлен ассоциацией «Эколайн». http://biologv.krc.karelia.ru/misc/hydro/index.html
- Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов: Справочник: В 6 кн./ Под ред. Э. К. Буренкова. М: Экология, 1995. — Кн. 4: Главные d-элементы. — 416 е.: ил.
- Гигиенические критерии состояния окружающей среды. 61. Хром. Совместное издание Программы ООН по окружающей среде, Международной организации труда и Всемирной организации здравоохранения. Женева, 1990.
- А. Марьянко. «Нержавеющая сталь. Историческая справка», 2000. http: //www, ruskn i fe.ru/i n fo/stai n 1 s/sn 1 s 1. htm
- Беккерт M. Железо. Факты и легенды: Пер. с нем. М.: Металлургия, 1984. 232 с.
- Государственный доклад «О состоянии минерально-сырьевой базы Российской Федерации в 2001 г.» ИАЦ «Минерал» ГНПП «Аэрогеология», 2002.
- Mineral Industry Surveys. Chromium. November 1999. http://minerals.usgs.gOv/minerals/pubs/commodity/chromium/l 8 001 199. pdf4.02.2000
- USGS Minerals Yearbook 1994. Chromium. http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/comiTiodity/chromium/180 494.pdf
- USGS Minerals Yearbook 1995. Chromium. http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/chromium/180 495.pdf
- Теория и технология производства ферросплавов: Учебник для вузов / Гасик М. И., Лякишев Н. П., Емлин Б. И. М.: Металлургия, 1988. 784 с.
- Герек А., Байка Л. Легированный чугун конструкционный материал. — М.: Металлургия, 1978.-С. 51.
- Аналитический обзор «Конъюнктура мировых рынков минерального сырья» // Приложение к справочнику «Минеральные ресурсы мира на начало 1996 г.». -ИАЦ «Минерал» ГНПП «Аэрогеология», 1997.
- USGS Minerals Yearbook 1996. Chromium. http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/chromium/180 496.pdf
- USGS Minerals Yearbook 1997. Chromium. http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/chromium/180 497.pdf
- USGS Minerals Yearbook 1998. Chromium. http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commoditv/chromium/180 498.pdf
- USGS Minerals Yearbook 1999. Chromium. http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commoditv/chromium/180 499.pdf
- USGS Minerals Yearbook 2000. Chromium. http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/chromium/180 400.pdf
- USGS Minerals Yearbook 2001. Chromium. http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commoditv/chromium/chromvb01.pdf
- Государственный доклад «О состоянии минерально-сырьевой базы Российской Федерации в 2000 г.» ИАЦ «Минерал» ГНПП «Аэрогеология», 2001.
- Chromium in Refractories. Prepared by Dr. Mariano Velez. Ceramic Engineering Dept., University of Missouri-Rolla, USA, 2000. http://www.chromium-asoc.com/chromium/thcrfl 1 .htm
- Лякишев Н.П., Гасик М. И. Металлургия хрома. М.: ЭЛИЗ, 1999. — 582 с.
- В. В. Худолей, И. В. Мизгирев. Экологически опасные факторы. СПб.: Publishing house, 1996.
- Нормативы по технике безопасности, охране труда и окружающей среды по хрому. 3-я редакция. Международная ассоциация производителей хрома. 2001. http://vww.chromium-asoc.com/publications/RussianICDAGuidelines.pdf
- Бокастов Г. М., Меркулов В. А. Способы обезвреживания, регенерации и утилизации хромсодержащих отходов различных производств за рубежом. // Тр. УНИ-ХИМа. Сб. ст. Свердловск, 1981 Вып. 52. С. 52−55.
- Киреева М.В., Стратонова Т. В., Житкова Т. Н. К вопросу взаимодействия хром-шпинелида с содой // Журнал прикл. химии. 1971. Т. 44. № 7. Р. 1679−1682.
- Рябин В.А. и др. Состояние и проблемы хромовых производств. // Тр. УНИ-ХИМа. Сб. ст. Свердловск, 1989 Вып. 67. С. 41−50.
- М.Я. Попильский, Р. А. Горохова. Регенерация щёлочи, совмещённая с обезвреживанием отхода при получении монохромата натрия по малоотходной (бездоломитной) технологии //Тр. УНИХИМа. Сб. ст. Свердловск, 1990. С. 21−26.
- И.М. Пономарёва и др. Разработка способа обезвреживания шлама хроматного производства. //Тр. УНИХИМа. Сб. ст. Свердловск, 1984. Вып. 57. С. 54−58.
- В.И. Дейнеженко, В. Э. Граф, П. Н. Щетинин. Использование хроматного шлама в доменном процессе. // Тр. УНИХИМа. Сб. ст. Свердловск, 1984. Вып. 57. С. 59−62.
- Отчёт по теме «Спекание во вращающейся печи Новокиевской руды с хроматным шламом НЗХС и проплавка полученного продукта в доменной печи», ОХМК, Новотроицк, 1981.
- А. Кравченко и др. Получение стеклокристаллического материала на основе шламов хроматного производства (сообщение I) // Тр. УНИХИМа. Сб. ст. Свердловск, 1978. № 47. с.58−62.
- Р.И. Сас и др. Получение стеклокристаллического материала на основе шламов хроматного производства (сообщение II) // Тр. УНИХИМа. Сб. ст. Свердловск, 1978. № 47. с.62−63.
- Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера. М.: Айрис-пресс, 2003. — 576 с. — (Библиотек истории и культуры).
- Юсфин Ю.С., Леонтьев Л. И., Черноусое П. И. Промышленность и окружающая среда. М.: ИКЦ «Академкнига», 2002. — 469 с.
- Исидоров В.А. Экологическая химия: Учебное пособие для вузов. СПб: Химиз-дат, 2001.-304 е.: ил.
- Статья «The Unique Ingredient» на интернет-сайте Международной ассоциации производителей хрома «www.chromium-asoc.com», 2003. http://www.chromium-asoc.com/chromium/main.html
- Сталь на рубеже столетий. Колл. авторов. Под научной редакцией Ю.С. Карабасо-ва. М.: «МИСИС», — 2001 — 664 с.
- Каблуковский А.Ф. Производство электростали и ферросплавов: М.: ИКЦ «Академкнига», 2003. — 511 с.
- Металлургия стали. Теория и технология плавки стали. Бигеев A.M., Бигеев В. А. Учебник для вузов, 3-е изд. перераб. и доп. Магнитогорск: МГТУ, 2000. 544 с.
- Справочник по чугунному литью. Под ред. Н. Г. Гиршовича. 3-е изд. Ленингр. отд. 1978.-758 с.
- В. Метушевская. Металлофонд страны. // Рынок вторичных металлов. № 6(8). 2001.
- Инженерные изыскания шламов в золошламонакопителе за рекой Коштой. Отчёт о проведённом исследовании. Руководитель с. н. с. канд. геол.-мин. наук Н. В. Никитин. ТОО фирма «Экофи» Лтд. Ленинград. 1991.
- Ю. Юсфин, П. Черноусое, А. Петелин, О. Голубев, Е. Михалина, А. Маркин. Новый взгляд на роль микроэлементов в доменном производстве. // Национальная металлургия. № 1.2002.
- Б.С. Коган, И. А. Кантеева и др. Термодинамические константы хроматов и дихроматов щёлочно-земельных металлов //Тр. УНИХИМа. Сб. ст. Свердловск, 1990. С. 44−49.
- Техника металлургического эксперимента. Линчевский Б. В. Учеб. Пособие для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Металлургия, 1992. 240 с.
- Горшков B.C., Тимашев В. В., Савельев В. Г. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ: Учеб. Пособие. М.: Высш. школа, 1981. — 335 е., ил.
- В.М. Акимов, Е. Е. Чарыева. Рентгенофазовый анализ. Курс лекций. М.: РУДН, 1976.
- Железорудное сырьё: упрочнение при термообработке / ТЛ. Малышева. М.: Наука, 1988.- 199 с.
- Практическая металлография. Методы изготовления образцов. Вашуль X.: Пер с нем.-М.: Металлургия, 1988.320 с.
- Т. Сакураи, Т. Сато, А. Иошинага. Влияние малых примесей на гидравлическую активность основных фаз портландцементного клинкера в раннем возрасте. Пятый международный конгресс по химии цемента. М., Стройиздат, 92, 1973.
- Твёрдые растворы цементных минералов. Бойкова А. И. Изд-во «Наука», Ленингр. отд., Л., 1974, с. 1−100.
- Симонов А.И. Записки минералогического общества. 1945, 74, вып. 4.
- А.Н. Винчелл, Г. Винчелл. Оптические свойства искусственных минералов. М.: Мир. 1967.
- Металлургия чугуна. Вегман Е. Ф., Жеребин Б. Н., Похвиснев А. Н., Юсфин Ю. С., Клемперт В. М. М.: Металлургия, 1989.