Відходи народного господарства та власного виробництва у доменній плавці
Доменна плавка як процес і доменна піч як агрегат сформувалися в кінці середньовіччя і останні 500-600 років не змінили своєї сутності, зберігши такі особливості: безперервний характер процесу, шахтний принцип конструкції, протиточний рух шихти та газу (шихта рухається вниз, а нагріті гази та продукти згоряння піднімаються вгору), наявність в одному агрегаті зон твердого, пластичного та рідкого стану, значний діапазон температур (від 20 до 3500 ° С).
Температура у нижній зоні може досягати 2400°С. За такої температури згоряє все органічне та хімічне з утворенням летких оксидів та газів. Але домна влаштована так, що ні ті, ні інші в атмосферу не потрапляють. Отже, домна, що б у ній не спалювалося, довкілля не забруднює і є ідеальним "котлом" для спалювання і повного знищення і твердих, і рідких отруйних речовин.
Потрібно сказати, що ідея спалювання отруйних речовин не є новою. У дев'яності роки лише в Україні запатентовано десятки різних способів та пристроїв. Наприклад, пропонувалося спалювати ВВ у відпрацьованих нафтових і газових свердловинах, подаючи в них разом з отрутою пальне та окислювач, причому під солідним тиском. Спосіб екологічно чистий, але потрібні глибокі і, головне, міцні свердловини. Крім того, заповнити свердловину твердими ВВ дуже проблематично. От і виходить, що немає для цієї справи нічого кращого за домну.
Відходи народного господарства в доменній плавці.
Донедавна досить молода галузь переробки твердих побутових відходів і чорна металургія, що відраховує не одне тисячоліття, співіснували паралельно і не перетиналися. Стрімкий розвиток першоїпризвело до появи нових технологій і нових матеріалів із вторинних ресурсів, що найчастіше ефективно замінюють традиційні. Нині є безліч технічних можливостей переробити відходи паперу, полімерів, гуми тощо.
На початок 1999 року в підприємствах різних галузей промисловості накопичилося близько 1500 млн. тонн токсичних відходів виробництва та споживання. Щорічно на підприємствах України утворюється близько 90 млн. тонн токсичних промислових відходів (ПЗ), з яких 87 млн. тонн відносяться до III та IV класів небезпеки. Кількість відходів споживання, або твердих побутових відходів (ТПВ), щорічно зростає в Україні на 30 млн. тонн.
У 1999 році підприємствами використано у власному виробництві близько 40 млн. тонн (40%) і повністю знешкоджено 9 млн. тонн (10%) від загальної кількості відходів, що утворилися за рік. Решта відходів передано на полігони для поховання.
В останні роки залучення металургійних агрегатів у переробку різних видів відходів спостерігається у всьому світі. Металурги різних країн світу, починаючи з другої половини ХХ століття, пропонують та успішно реалізують ідеї утилізації у високотемпературних металургійних агрегатах різних горючих компонентів ТПВ. Це зумовлено тим, що жоден сміттєспалювальник не може конкурувати з такими високотемпературними металургійними агрегатами як кисневий конвертер або доменна піч за умов знешкодження токсичних відходів, що включають температуру до 2500 – 2700 °С, активну окислювальну або відновлювальну атмосферу, високоактивних основних шлаків, що зв'язують негорючий залишок від спалювання відходів і перекладає їх у засклений шлак. У таких умовах практично неможливе утворення діоксинів. Діоксини- Це група поліхлорованих поліциклічних сполук, складається з сотень речовин близької будови, одна з найтоксичніших синтетичних сполук. Крім цього, потужні металургійні агрегати оснащені повним набором обладнання для уловлювання та очищення газів, що виділяються, а також мають замкнуту систему водопостачання.
Найбільш перспективним вважається використання пластмасових відходів (крім ПВХ) у доменному виробництві. Відходи пластмас виявляють відновлювальні властивості і при цьому не утворюються діоксини. Змішані відходи пластмас використовуються при виплавці сталі шляхом вдування відходів доменні печі, тобто. відбувається вдування твердих гранульованих або подрібнених відходів пластмас (Японія, Німеччина). При цьому знищуються відходи та використовується їхня теплота горіння. Простішим способом є інжекція через фурми рідин, зокрема електротехнічних (совол, совтол), основу яких складають поліхлорбіфеніли (ПХБ). У процесі їх виробництва з'являються мікродомішки, а при горінні діоксини утворюються в надзвичайно небезпечних кількостях. Це підтверджено наслідками пожеж силових підстанцій. Тому наразі ПХБ-матеріали виводяться з експлуатації, і проблема їхнього знищення стоїть дуже гостро.
Експерименти зі знищення рідких ПХБ-відходів вдуванням у доменну піч успішно проводяться на НЛМК.
Відомо, що металургійні компанії Німеччини та Японії вже понад 10 років переробляють відходи пластмас.
Німецька фірма Stahlwerke Bremen GmbH переробляє в доменних печах понад 70 тис. т. на рік відходів пластмас. Регулярний моніторинг викидів в атмосферу показав, що кількість викидів пилу, SO2 і NOx при використанні пластмас знаходиться значно нижчою від рівня гранично допустимих викидів. Угазах, що викидаються в атмосферу, були виявлені слідові концентрації діоксинів – менше 0,001 нг/м3, що більш ніж у 100 разів нижче рівня ГДК діоксинів в атмосферному повітрі, що становить у Німеччині 0,1 нг/м3. Фірма «Eko-Stahl» у м. Айзенхюттенштадт вдує відходи пластмас у доменні печі з 1996 р. із стійкою витратою 30-60 кг/т чавуну.
У Японії використання відходів пластмас у доменних печах ведеться з 1993 р. Металургійна компанія «Ніппон Кокан» у м. Кейхані понад 10 років вдує відходи пластмас у доменну піч обсягом 4907 м3 з витратою до 200 кг/т чавуну, 2004 р. на металургійний комбінат було спрямовано близько 20% муніципальних відходів. На думку керівників компанії, металургійні підприємства, розташовані поблизу великих міст, знаходяться в зоні утворення великої маси відходів та їх унікальні технологічні можливості мають бути використані для їхньої утилізації. В даний час система рециклінгу пластмас, розроблена цією компанією, широко використовується іншими японськими металургійними підприємствами, що підтримують міжнародний стандарт ISO 14001. До складу типових пластмасових відходів, що утилізуються в доменних печах, входять офісне обладнання, пляшки та контейнери, плівка та ін. Японія наближається до рівня 1 млн. т на рік відходів пластмас, що переробляються в доменних печах, що становить 10% від рівня їхньої щорічної освіти.
В Україні розробки в галузі переробки відходів у чорній металургії традиційно ведуться державними технічними університетами – Московським інститутом сталі та сплавів (МІСІС), Сибірським державним індустріальним університетом (СібДІУ) та ін. Вченими МІСІС розроблено ряд технологій переробки відходів пластмас,видів відходів у доменних печах. Проведені дослідження з використанням методу математичного моделювання за допомогою програм IVTANThermo, що дозволяють розрахувати рівноважний стан складних систем в умовах металургійних агрегатів, показали, що в умовах доменної печі концентрація діоксинів та фуранів становить менше 10-30%. На підставі отриманих результатів вченими МІСІС зроблено висновок про те, що поява в газах, що відходять, доменної печі суперекотоксикантів (фуранів, діоксинів, HCN, COS та ін.) при вдуванні в піч пластмас виключено.
Існує дуже цікава розробка в Україні – «пекти Ванюкова». Це спільна розробка інститутів «Гінкольормет» та МІСІС за участю Академії комунального господарства ім. К.Д. Памфілова – передбачає спалювання ТПВ в умовах, характерних для сталеплавильних агрегатів: висока температура, наявність шлакового розплаву, використання кисневого дуття, мокра система газоочищення та ін. , Що застосування технічного кисню при температурах 1400 - 1700 ° С призводить до повного руйнування всіх токсичних компонентів відходів. Встановлено відсутність діоксинів на виході пилогазового потоку, в рідких продуктах плавки (шлак, металовмісний продукт), а також газохідним трактом, що свідчить про те, що їх вторинне утворення також не відбувалося. Це пояснюється тим, що умови спалювання ТПВ в печі Ванюкова призводить до такого руйнування структурних грат діоксинів, що їх оборотна фрагментація стає практично неможливою.
Таким чином, металургійні агрегати забезпечують безпечніше спалювання горючих компонентів відходів, ніжсміттєспалювальні заводи. Ідея використання металургії для утилізації найбільш важкоутилізованих видів відходів, включаючи особливо токсичні, належить самим металургам. Спалювання горючих компонентів відходів у металургійних агрегатах понад 10 років використовується у найбільш промислово розвинених країнах світу, відомих суворим ставленням до захисту довкілля. Вітчизняний досвід підтверджує можливість та ефективність використання високотемпературних металургійних агрегатів для утилізації та знешкодження цілого ряду відходів, що дозволяє металургійним підприємствам допомогти у вирішенні гострих екологічних проблем у регіонах, на території яких вони розміщуються. У зв'язку з цим державним контролюючим природоохоронним організаціям доцільно почати розглядати металургію як галузь, здатну ефективно та найбільш безпечно утилізувати та знешкоджувати такі відходи як відпрацьовані автомобільні покришки, неутилізована горюча частина після сортування ТПВ, відходи лікувально-профілактичних установ та .