Приложение А (обязательное). Основные процессы и технологическое оборудование

Приложение А
(обязательное)

Основные процессы и технологическое оборудование

Существует несколько процессов/комбинаций процессов, используемых для производства и плавки металлов, в том числе и меди. В А.1, А.2 и А.3 описываются пирометаллургические, гидрометаллургические и электрохимические процессы, применяемые при производстве меди. При этом основное внимание уделяется оборудованию, используемому в технологических процессах. Последовательность их описания несущественна и не является результатом определения каких бы то ни было приоритетов. Далее в настоящем приложении по аналогичной схеме рассматриваются процессы и методы газоочистки (см. А.4) водопотребления и водоотведения (см. А.5).

А.1 Пирометаллургические процессы

Основным технологическим оборудованием, применяемым для получения меди с помощью пирометаллургических процессов, являются печи, используемые для различных целей, таких как обжиг или прокаливание сырья, выплавка и рафинирование металла, плавка руд и концентратов. Печь или процесс одного и того же типа может применяться для различных целей, и в настоящем приложении приводится краткий обзор различных их применений [21], [22], [77].

В производстве меди в зависимости от состава обрабатываемого сырья и стадии технологического процесса используются следующие основные типы печей:

- печи взвешенной плавки;

- печи плавки в жидкой ванне;

- электрические печи;

- вращающиеся печи или конвертеры;

- шахтные/доменные печи;

- индукционные печи;

- отражательные печи.

А.1.1 Печи для обжига и кальцинирования

А.1.1.1 Реакторы для плавки в псевдоожиженном слое

Эти печи применяются, прежде всего, при необходимости точного соблюдения температурного режима для обжига сульфидных концентратов меди и частичного обжига медных концентратов.

Воздух для горения подается через фурмы на решетку внизу печи и проходит сквозь псевдоожиженный слой материала на решетке (см. рисунок А.1).

Концентрат находится на решетке. Кислород вступает в реакцию с сульфидами с образованием оксидов (огарка). При окислении сульфида при температуре от 900 до 1000 °С образуется SO₂.

Часть огарка механически выгружают из печи, а часть уносится потоком продуктов горения и попадает в котел-утилизатор, циклоны и электрофильтры. В результате обжига в газообразную фазу переходят малые примеси, такие как хлор, фтор, селен и ртуть.

Рекуперация тепла, образующегося в процессе обжига, происходит на охладителе слоя и в котле утилизаторе. Утилизация пара зависит от потребностей промплощадки, но часть его всегда расходуется на обогрев процесса.

Рисунок А.1 - Реакторы для плавки в псевдоожиженном слое

А.1.2 Плавильные печи

В процессе плавки вырабатывается большое количество тепла, и большая его часть уходит с продуктами горения и поступает на рекуперацию в котел-утилизатор. Степень нагрева внутри печи контролируется для поддержания эффективного процесса плавки и защиты печи. Системы охлаждения защищают печь и увеличивают срок службы футеровки. Используют водяные завесы для охлаждения наружного кожуха или специальные охлаждающие элементы для охлаждения футеровки. При правильном охлаждении печи увеличивается период использования футеровки до ее полной замены.

Охлаждение колошника печи препятствует нарастанию шлака и прочих материалов, которые нарушают герметичность вытяжных зонтов системы отвода продуктов горения. Для этого участка печи разработаны эффективные системы охлаждения.

А.1.2.1 Отражательные, подовые или канальные печи

Отражательную печь иначе еще называют подовой печью. Она применяется для плавки концентрата и вторичного сырья. Существует два основных типа: простая электрованна для плавки огарка или концентрата и отражательная подовая печь для плавки или рафинирования. Иногда печи могут наклоняться для слива или продувки металла. Для подачи газа или измельченного материала могут применять фурмы.

Конструкция печи различна в зависимости от конкретного металла и процесса. Различия включают наличие наклонного пода и боковых каналов для специальной плавки; газ вдувают через фурмы и кислородное копье. Шлак обычно сливают.

При плавке сульфидных руд в отражательной печи концентрация диоксида серы обычно ниже из-за большого объема газов, подаваемых для поддержания горения, и низкого выхода серы из печи. Схема конструкции печи представлена на рисунке А.2.

Эти печи применяются для плавки различных видов первичного и вторичного сырья и для огневого рафинирования.

Рисунок А.2 - Устройство наклоняемой отражательной подовой печи для плавки вторичной меди

А.1.2.2 Шахтные печи

В шахтных печах нагрев осуществляется с помощью фурменного дутья в нижней части печи для сжигания кокса, смешанного с шихтой оксида металла или вторичного сырья и флюсами. Шихта часто брикетированная. В результате сжигания части кокса температура внутри печи поднимается и образуется СО, который вместе с водородом, образующимся при взаимодействии воды и газа, восстанавливает оксиды металла до металла. В результате реакции образуется газ с большим содержанием СО, который после очистки можно использовать для предварительного нагрева воздуха дутья или сжигать в отдельном дожигающем устройстве или в богатой кислородом части печи.

Во внутреннем горне печи образуются жидкие продукты плавки, расплав отстаивается, и его составляющие разделяются по плотности, если выпуск черной меди из печи происходит периодически. При наличии у печи наружного отстойника смешанные продукты плавки непрерывно выходят из печи и окончательно разделяются по удельному весу в наружном отстойнике.

Кожух печи - водоохлаждаемый по всей высоте или только в нижней части (печь с водяным охлаждением). Существует два типа шахтных (доменных) печей в зависимости от типа загрузки шихты и рабочей температуры при плавке:

с горячей скиповой подачей шихты через конус или с конвейерной подачей шихты через переходной люк;

с холодной загрузкой из бункера, при этом загружаемая шихта сама по себе обеспечивает герметичность свода.

Устройство этих печей показано на рисунках А.3 и А.4.

Рисунок А.3 - Шахтная печь для плавки первичной меди

Рисунок А.4 - Шахтная печь для выплавки вторичной меди [33]

Шахтные (доменные) печи широко используются для плавки и восстановления меди, равно как и многих других металлов. В результате недавних разработок стала возможной загрузка в печь через фурмы тонкодисперсных материалов, что позволяет избежать брикетирования и уменьшить объем операций с пылящими материалами.

А.1.2.3 Электрические печи (печи сопротивления)

Этот тип печи предполагает расположение, подобное расположению электрической восстановительной печи. В зависимости от размера печи в жидкий слой погружаются от трех до шести графитированных или предварительно обожженных электродов. Температура плавления поддерживается за счет электроподогрева. Печь обычно работает непрерывно. Схема устройства печи данного типа представлена на рисунке А.5.

Расправленное или твердое сырье загружается несколькими способами с помощью желобов, загрузочных труб или через полый электрод. Герметичные или полугерметичные условия легко поддерживаются. В ходе плавки обожженный рудный концентрат подается на жидкий расплав либо через колошник печи, либо с боковой части с помощью отдельных загрузчиков, а электроды погружаются в расплавленный слой шлака.

Электрические печи могут эксплуатироваться различными способами с использованием кокса и шлакообразующих реагентов в зависимости от сферы применения. Углеродные электроды расходуются как оксиды и восстанавливаются, но при этом объем газа, образующегося во время работы, сводится к минимуму ввиду отсутствия газов, образующихся при сжигании топлива. Такие печи обычно герметизируются, а газы легко улавливаются и очищаются с целью удаления и по возможности повторного использования пыли, СО и диоксида серы.

Рисунок А.5 - Электрическая печь для плавки концентрата и обожженного материала

Такого рода печи используются при производстве меди и некоторых других металлов из первичного и вторичного сырья и могут также использоваться для очистки шлака [26]. Шлаки, образующиеся при первичной плавке меди, обычно подвергаются очистке в кольцевой печи.

В целом, в электрических печах обрабатываются те же типы вторичного сырья. Восстановительные агенты, используемые в электрических печах, включают в себя кокс и другие материалы. Тепло, необходимое для плавки, образуется исключительно за счет электроэнергии, поступающей через электроды, погружаемые в расплавленный шлак, который действует как электрическое сопротивление. Шихта подготавливается по составу, соответствующему конкретной программе плавки, и подается на печь через закрытую систему загрузки. Расплавленные продукты выводятся в бадьи или ковши через разные летки. Восстановительная плавка приводит к испарению в основном цинка, олова и свинца, которые выводятся как оксиды вместе с отходящими газами и собираются в системе пылеулавивания, которая включает в себя пылесборный контейнер, устройство охлаждения технологического газа и фильтр.

А.1.2.4 Вращающаяся печь

Вращающаяся печь описана в А.1.2.6.

А.1.2.5 Печи Ausmelt/ISASMEL и KRS

Печи Ausmelt/ISASMEL и KRS представляют собой цилиндрические печи со стальными составными фурмами для подачи в расплав природного газа, жидкого топлива или угля, а также кислорода или воздуха. Фурма погружается в ванну с расплавом, а образующийся слой шлака позволяет избежать быстрого ухудшения условий плавки. Схема такой печи представлена на рисунке А.6.

Прочее сырье подается по закрытому конвейеру на печь, где происходят высокоскоростная реакция и расплавление. Погруженная фурма перемешивает содержимое ванны и способствует образованию шлака наряду с получаемым металлом или штейном. Отделение разных составляющих расплава требует установки специальной печи, из которой их можно слить по отдельности. Печь может использоваться в режиме загрузки партиями (периодической загрузки), когда по завершении одной плавки необходимо изменение условий, в частности, режима подачи газа через трубку.

Например, после плавки вторичного медного/свинцового сырья в медно-свинцовом штейне на первом этапе выполняется конверсия штейна в черновую медь посредством продувки кислородом.

Рисунок А.6 - Технология Ausmelt (Sirosmelt)/ISASMELT [26]

На печи используются прочный зонт и система вентиляции для улавливания и обработки газов, образующихся в печи и при сливе расплавов. При плавке сульфидных концентратов газы проходят через систему десульфуризации.

Существует ряд сфер применения такого рода печи, включая производство медного штейна из концентрата и его конвертирование, производство меди из вторичного сырья (KRS) [78].

Печь Ausmelt/ISASMELT используется в качестве печи для непрерывной прямой плавки, а также для плавки партиями и пошаговых операций. При плавке медного концентрата на штейн технология предполагает непрерывную подачу увлажненной шихты.

В отличие от технологий, применяющихся на шахтных и электрических печах, процесс KRS в настоящее время используется как периодический процесс, состоящий из двух этапов: плавки и конвертирования. Существует ряд печей, работающих по данной технологии. Например, в печи KRS производят черную медь (80 %), далее черную медь переливают во вращающийся конвертер (TBRC), в котором содержание меди доводят до 95 %, а олово и свинец из черной меди переводят в шлак. Олово-свинцовый шлак впоследствии перерабатывается в роторной печи в оловянно-свинцовый сплав. Черновая медь поступает в анодную печь на огневое рафинирование и производство анодов. Окончательная очистка проводится путем электролиза. Качество рафинированной меди (катодной меди) соответствует качеству меди, изготовленной из первичного сырья [79], [78].

А.1.2.6 Поворотный конвертер с верхним дутьем и наклонная вращающаяся кислородно-топливная печь

Поворотный конвертер с верхним дутьем (TBRC) и наклонная вращающаяся кислородно-топливная печь (TROF) представляют собой вращающиеся наклонные печи, в которых используются фурмы для нагрева и продувки. Печи небольшие и размещаются в укрытиях с целью улавливания вторичных выбросов, которые далее подвергаются обработке. Вращение печи обеспечивает хорошее перемешивание шихты и способствует полному протеканию реакции загружаемых компонентов, что, однако, может привести к истиранию огнеупорной футеровки. Схема печи представлена на рисунке А.7.

Рисунок А.7 - Поворотный конвертер с верхним дутьем и наклонная вращающаяся кислородно-топливная печь

Кислород и топливо подаются через фурмы, направленные над поверхностью расплава. Использование кислорода приводит к образованию небольших объемов отходящих газов и больших объемов диоксида серы при расплавке сульфидов. Данный процесс обычно реализуется в периодическом режиме (партиями) с использованием нескольких печей для плавки, конвертирования и очистки шлака. Он, в частности, широко применяется для производства первичной и вторичной меди.

Для плавки используются и другие коммерческие конструкции наклонных вращающихся печей. Также существуют мини плавильные печи и поворотные кислородно-топливные печи.

А.1.2.7 Процессы Noranda, El Teniente, Baiyin и Ванюкова

Реактор Noranda предполагает использование для плавки цилиндрической печи с огнеупорной футеровкой. Гранулированный концентрат и добавки загружаются в ванну с расплавленным шлаком, расположенную в верхней части печи. Необходимое для данного процесса тепло обеспечивается горелками, работающими на природном газе или жидком топливе, расположенными с обеих сторон печи. Обогащенный кислородом воздух вдувается через фурмы в ванну с расплавом, что приводит к окислению серы и железа. Схемы этих печей представлены на рисунках А.8 и А.9.

Рисунок А.8 - Реактор Noranda

Рисунок А.9 - Реактор El Teniente

При проведении непрерывной плавки расплав в печи разделяется на две жидкие фазы: шлак и штейн. Из-за разных значений плотности они образуют два слоя. Штейн периодически сливается с донной части печи, а шлак постоянно вытекает в сторону противоположную стороне загрузки. Печь и желоба герметизируются и оборудуются вытяжной системой.

Данный процесс используется для плавки медных концентратов, при этом может получаться черновая медь (при использовании концентратов с низким содержанием примесей) или высококачественный штейн. Общепринятая производственная практика предполагает производство штейна с высоким содержанием меди для последующего конвертирования.

Технологии El Teniente, Baiyin и Ванюкова схожи с технологией Noranda. При использовании технологии El Teniente влажный концентрат загружается в печь с помощью пушки Гара (Gar gun), а сухой концентрат подается через фурмы. Первоначально штейн помещается в печь для поддержания процесса и для получения высококачественного медного штейна (с содержанием меди 72 % - 78 %). Технология Baiyin предполагает использование прямоугольной печи, разделяемой на зоны плавки и осаждения. Процесс Ванюкова предполагает вдувание обогащенного кислородом воздуха в слой шлака, а не в слой штейна.

А.1.2.8 Процесс Mitsubishi

Процесс Mitsubishi предполагает использование трех взаимосвязанных печей: плавильной печи в жидкой ванне, электрической печи для очистки шлака и конвертерной печи. Передача расплава между печами происходит самотеком без использования ковшей. Все печи герметизированы и оборудованы вытяжной системой, тепло технологических газов восстанавливается и очищается с целью удаления пыли и диоксида серы. Схема процесса представлена на рисунке А.10.

Рисунок А.10 - Технология Mitsubishi

Высушенный концентрат, воздух, кислород и добавки подаются в плавильную печь через шихтовые и дутьевые фурмы, затем происходит плавка с образованием штейна (с содержанием меди 60 % - 65 %) и шлака. Данная смесь непрерывно поступает по каналу в электрическую подовую печь, выполняющую функции отстойника. В электропечь-отстойник также добавляют уголь и пирит, и в данной печи происходят реакции не только отстаивания, но и восстановления и сульфидирования для снижения потерь меди со шлаками. Штейн с пода непрерывно поступает из электропечи-отстойника в печь для получения черновой меди.

В конвертерной печи для производства черновой меди воздух, кислород и кварцевый флюс вдуваются в ванну с расплавом через охлаждаемые водой трубки. Шлак из конвертера перерабатывается в плавильной печи, в которую также может загружаться анодный скрап. Этап конвертирования может протекать с использованием других плавильных печей. Данный процесс представляет собой процесс непрерывного производства черновой меди.

А.1.2.9 Плавильные печи циклонного типа

Циклонная плавка включает огневой циклонный реактор (FCR) и реактор Contop. При таких процессах высокоинтенсивной взвешенной плавки медные концентраты и флюсы плавятся при подаче кислорода в камерах сжигания циклонного типа. В схеме процесса Contop циклон располагается вертикально, и прореагировавшая шихта попадает в осадительную камеру, распложенную под циклоном. В процессе FCR сгорание происходит в вертикальной шахте, а разделение штейна и шлака происходит в установленном вслед за ней горизонтальном реакторе. Шлак и "белый металл" (штейн с высоким содержанием меди) разделяются в выработочной части печи и сливаются через летки. Получаемые белый металл или обычный штейн перерабатываются в стандартном конвертере. Схема процесса приведена на рисунке А.11.

Рисунок А.11 - Схема процесса Contop

Данные процессы в основном применяются для плавки медных концентратов.

А.1.2.10 Печь взвешенной плавки Outotec

Печь взвешенной плавки Outotec используется для плавки высушенных концентратов путем использования энергетического потенциала концентратов при производстве тепла, необходимого для плавки концентрата и флюса. Шихта, содержащая концентрат, наряду с воздухом, обогащенным кислородом, непрерывно подается через горелку в вертикальную реакционную шахту герметичной печи, где во взвешенном состоянии происходит быстрая реакция кислорода и концентрата. Тепло, выделяемое в процессе реакции, обеспечивает плавку частиц шихты. Расплавленные частицы образуют штейн и шлак. Одновременно образуется сернистый газ. В более старых установках, для того чтобы добиться запуска автогенного процесса, использовался предварительный нагрев воздуха до температуры от 200 до 800 °С, но в большинстве установок автогенный процесс реализуется за счет обогащения технологического воздуха кислородом, содержание которого составляет от 30 % до 90 %. Степень обогащения кислородом определяется качеством концентрата и требованиями теплового баланса. Непрерывный поток отходящих газов выводится из печи через вертикальный дымоход и направляется на рекуперацию тепла и удаление пыли. Для него характерна постоянная высокая концентрация диоксида серы, поэтому после удаления из газа пыли сера извлекается и используется, в основном, для выработки серной кислоты. В некоторых установках в вертикальный дымоход добавляется кислород для дожигания пылей, а сульфатизирующий воздух подается на бойлер. Отходящие газы, содержащие серу, поступают в котел-утилизатор. При определенных условиях слабую кислоту можно возвращать в вертикальный дымоход, чтобы разложить ее и направить образовавшийся SO₂ на сернокислотную установку.

Частицы расплавленного шлака и штейна осаждаются из газа в горизонтальной осаждающей секции печи, формируя жидкую ванну, где происходит разделение фаз без внешнего осадителя. Штейн сливается через летку печи в ковши или направляется по желобу на гранулирование в зависимости от применяемого метода конвертирования. Шлак сливается из печи непрерывно или полунепрерывно и далее может перерабатываться в шлаковой печи или в цепочке флотации шлака для извлечения меди. На некоторых установках сниженное содержание меди в шлаке обуславливает прямое направление образующегося при первичной плавке шлака в отвал или для использования в иных отраслях.

Схема печи взвешенной плавки Outotec показана на рисунке А.12.

Рисунок А.12 - Печь взвешенной плавки Outotec

Печь взвешенной плавки применяется для производства медного штейна. В печи производится штейн с высоким содержанием металла, в силу чего основная часть содержащейся в концентрате серы высвобождается в технологические газы, что позволяет легче удалять оставшуюся серу в процессе конвертирования (например, конвертер периодического действия Пирса - Смита).

Данный процесс также используется для производства черновой меди непосредственно из подходящих концентратов с низким содержанием железа, что позволяет избежать применения традиционного конвертера, при работе которого образуется дополнительный сернистый газ. В таком прямом процессе производства черновой меди в печном шлаке высока концентрация меди, поэтому очистка шлака для извлечения этой меди является важной частью данного процесса.

Такие печи используются в процессе взвешенного конвертирования при конвертировании измельченного гранулированного штейна в черновую медь. Процесс обладает характеристиками, схожими с характеристиками процесса взвешенной плавки, т.е. является автогенным процессом с использованием обогащенного кислородом воздуха и образованием непрерывного потока отходящих газов с высоким содержанием диоксида серы.

А.1.2.11 Печь INCO

Печь взвешенной плавки INCO похожа на печь Outotec, но в ней для поддержания автогенного процесса используется чистый кислород. Медный концентрат, смешанный со шлакующими агентами, вдувается горизонтально в печь с двух концов, а отходящие газы собираются в центральной части печи.

Схема печи INCO показана на рисунке А.13.

Рисунок А.13 - Печь INCO

Концентраты обжигаются, плавятся во взвешенном состоянии в печи и выпадают в осадитель таким же образом, как в печи Outotec. Тепла, образующегося при обжиге, достаточно для автотермической плавки. Шлак со средним содержанием меди постоянно вытекает с одного конца печи, а штейн периодически выпускается через летку в центральной части бокового экрана печи. Отходящий газ содержит до 75 % SO₂.

А.1.2.12 Печь КИВЦЕТ

Печь Кивцет - печь взвешенной плавки, аналогичная печи Outotec. Высушенная и перемешанная шихта, а также кислород непрерывно загружаются через горелки в своде печи в окислительную шахту. Параллельно добавляется коксовая мелочь. Схема печи Кивцет показана на рисунке А.14.

Загружаемая шихта загорается, как только она попадает в реакционную шахту, где достигаются температуры до 1400 °С, и немедленно происходит полная десульфуризация. Коксовая мелочь нагревается только в процессе перемещения вниз по шахте. Кокс находится в верхнем слое шлаковой ванны и восстанавливает окисел металла. Частично восстановленный шлак и расплав свинца проходят под погруженной водоохлаждаемой перегородкой в электротермическую зону восстановления, где для окончательного восстановления добавляется дополнительный кокс или уголь.

Рисунок А.14 - Печь Кивцет

Расплав металла направляется на рафинирование, шлак может направляться на восстановление, а пыль, извлекаемая из отходящих газов, после окисления возвращается в печь. Пыли дымовых газов после этапа восстановления перерабатываются в печи ISF.

А.1.3 Конвертеры

А.1.3.1 Конвертер Пирса - Смита

Конвертер Пирса - Смита - это конвертер периодического действия, и в нем используются фурмы, вдувающие в штейн воздух или кислород для обеспечения двухстадийной реакции штейна с образованием черновой меди и шлака. При этом может применяться автоматизированный контроль качества шлака [80]. В настоящее время это наиболее широко используемый конвертер, который применяется для производства меди. Схема устройства печи данного типа показана на рисунке А.15.

Конвертер данного типа может применяться для трех различных операций, а также в качестве анодной печи:

а) Конвертер штейна.

Большие объемы горячих газов образуются в периоды дутья и улавливаются с помощью зонтов, расположенных над горловиной конвертера. Расстояние между кожухом конвертера и зонтом дает возможность поступления внешнего воздуха, что приводит к разбавлению насыщенных SO₂ газов. Концентрация SO₂ может меняться в зависимости от цикла процесса. При начальном дутье концентрация SO₂ может быть значительно выше, чем 10 %, при этом при последующем дутье и при выводе конвертера из-под зонта значения концентрации SO₂ намного ниже, а зачастую нулевые. Меняющиеся значения концентрации SO₂ не позволяют обеспечить необходимую загрузку сернокислотной установки, для нормальной работы которой необходим сравнительно стабильный поток. На производствах с несколькими конверторами эта проблема решается при планировании графика работы конвертеров, обеспечивающего стабильный поток отходящих газов. Конвертерные газы могут также смешиваться с более насыщенными отходящими газами плавильных печей. Применение кислорода для насыщения вдуваемого воздуха также повышает содержание SO₂, тем не менее, насыщение ограничено из-за увеличения износа футеровки. На некоторых заводах в настоящее время используются водоохлаждаемые зонты.

Рисунок А.15 - Конвертер Пирса - Смита

б) Конвертер лома.

При вторичной плавке меди конвертеры Пирса - Смита условно разделяются на конвертеры для плавки лома и конвертеры для плавки штейна, работающие в периодическом режиме. В конвертерах для плавки лома в качестве топлива и восстанавливающих агентов используются кокс и материалы с высоким содержанием железа соответственно. В конвертерах для плавки штейна в качестве источника энергии используется сера. В конвертеры для плавки лома загружаются лома сплавов, подходящий медно-железный лом, а также черновая медь (зачастую расплав). В конвертерах для плавки штейна перерабатывают жидкий медно-свинцовый штейн, возвратный шлак с высоким содержанием меди, а также черную медь с добавлением твердого медного лома. Отходящие газы конвертера для плавки штейна имеют высокую концентрацию SO₂ и направляются на контактную сернокислотную установку. Поэтому штейновые конвертеры для извлечения вторичной меди в основном устанавливаются на площадках первичного производства меди, так как последние оборудованы сернокислотными установками.

в) Конвертор сплавов.

В процессе взвешенной плавки на черновую медь образуется шлак, который перерабатывается в электропечи для получения сплава свинца/железа/меди. Данный сплав конвертируется с применением периодического процесса, который предусматривает перевод окисленного железа и свинца в шлаковую фазу и производство черновой меди.

г) Анодная печь.

Конвертор Пирса - Смита также используется в качестве анодной печи для рафинирования получаемой в конвертере черновой или черной меди. В данных печах осуществляется дутье воздухом через фурмы для удаления малейших следов серы, вслед за которым добавляется восстанавливающий агент (как правило, природный газ или пропан) для восстановления оксида меди в медь.

А.1.3.2 Конвертер Хобокен (Hoboken)

Конвертер Хобокен работает на тех же принципах дутья, что и конвертер Пирса - Смита, но его применение позволяет избежать значительных неорганизованных выбросов отходящих газов, которые, как правило, возникают при отклонении конвертера для загрузки и для выпуска шлака и черновой меди.

Отходящие газы собираются через дымоход в конце конвертера. Сифон минимизирует утечку газа на всех стадиях производства. Конвертер загружается через небольшое отверстие в верхней части кожуха, тем самым загрузка возможна в процессе продувки без отклонения конвертера благодаря более короткому процессу выдержки. Разбавление выполняется в небольшом количестве отходящих газов за счет нефильтрованного воздуха, таким образом устойчивая средняя концентрация SO₂ выше, чем в конвертере Пирса - Смита. Тем не менее, концентрация SO₂ будет варьироваться в рамках всего цикла. Конечный результат - меньшие потери SO₂. При этом малое отверстие может вызывать проблемы из-за налипания шлака.

Схема конвертера Хобокен приведена на рисунке А.16.

Рисунок А.16 - Конвертер Хобокен

А.1.3.3 Конвертер взвешенной плавки Kennecott/Outotec

Конвертер взвешенной плавки Kennecott/Outotec применяется и дорабатывается с начала двухтысячных годов. Одна установка работает в США и две в Китае (каждая производительностью около 400 000 т меди в год). В Китае строится четвертая установка. Здесь в качестве шихты используется измельченный штейн, произведенный в печи взвешенной плавки. Процесс конвертирования Mitsubishi и конвертер взвешенной плавки - единственные конвертеры в металлургии, обеспечивающие непрерывный режим работы.

А.1.3.4 Прочие конвертеры

Печь Ausmelt/ISASMELT, TBRC, конвертерная стадия процесса Mitsubishi и реактор Noranda также применяются в качестве конвертеров. Данные печи загружают расплавленным штейном, и некоторые из них могут работать в непрерывном режиме.

А.1.4 Печи для плавки и рафинирования

А.1.4.1 Индукционные печи

Индукционные печи предназначены для расплавления и перегрева металлов. Применяются для получения отливок высокого качества. Индукционная печь работает по принципу трансформатора, у которого первичной обмоткой является водоохлаждаемый индуктор, вторичной и одновременно нагрузкой - находящийся в тигле металл. Нагрев и расплавление металла происходят за счет протекающих в нем токов, которые возникают под действием электромагнитного поля, создаваемого индуктором. Индукционные печи бывают канальные и тигельные, подогреваемые за счет внешнего электрического контура; канальные индукционные печи в основном используются для плавки объектов большого размера.

Печи оборудованы вытяжными зонтами и системами пылеулавливания и пылеподавления, которые могут использоваться во время снятия дроссов и разливки металла. Необходимость обеспечить доступ к индукционной печи во время загрузки исходных материалов и выпуска плавки приводит к тому, что, как правило, используется система передвижных вытяжных зонтов. Зонты выполнены из прочных материалов и устойчивы к механическому воздействию. В качестве дополнительных вариантов может использоваться стационарная вытяжка или локальная вытяжка на носке ковша.

Схемы индукционные печей приведены на рисунке А.17.

Рисунок А.17 - Индукционные печи

Эффективность такой печи может снижаться при использовании некоторых материалов, но может быть увеличена, в особенности, когда загружаемый материал имеет малые габариты. Для повышения эффективности работы печи, а также для удобства размещения вытяжных устройств крупные объекты перед плавкой могут разрезаться. В некоторых непрерывных процессах в нижней части печи между загрузками сохраняется зеркало расплавленного металла, если это позволяет эксплуатационный режим. Наличие жидкого металла (ванны) - непременное условие работоспособности индукционных печей.

Такие печи применяются для плавки небольших партий металла (не более 30 т), прежде всего, меди и латуни (а также цинка и алюминия). Они также могут работать под вакуумом, например при плавке жаростойких сплавов, высоколегированной стали, чистых металлов и, в некоторых случаях, при дистилляции металла.

Данные печи также применяются для выдержки расплавленного металла перед легированием и литьем. Индуцированный ток вызывает электромагнитное перемешивание металла, что способствует смешиванию шихты и добавляемого легирующего материала.

А.1.4.2 Шахтные печи для плавки металла

Шахтные печи представляют собой простую вертикальную конструкцию с накопительным подом (внутри или снаружи печи) и системой верхней загрузки сырья. Шахтные печи применяют как для плавки металлов, так и для получения металлов в результате восстановления из других металлических соединений. В случае использования в качестве плавильной печи в нижней части устанавливается система горелок. Горелки обычно работают от газа и предназначены для создания окислительной или восстановительной атмосферы. Это позволяет плавить металл как с окислением, так и без окисления. Обычно для каждой горелки предусматривается свой независимый режим, обеспечивающий конкретное значение соотношения топлива и воздуха. Также обеспечивается непрерывный контроль содержания СО или водорода для каждого ряда горелок и объема газов, образующихся при сгорании топлива на каждой горелке. Образующиеся при сгорании топлива газы обычно улавливаются и очищаются.

Если в печь подается металл, загрязненный нефтепродуктами, то при его прохождении через зону температурного скачка между загрузочным устройством и горелками могут образовываться выбросы от неполного сгорания органических материалов.

Снизу печи для разжигания кокса, а также для плавки загружаемого материала и восстановления металлов, подается обогащенный кислородом воздух. Отходящие газы улавливаются и обрабатываются в устройстве дожигания с целью разрушения остатков таких компонентов, как угарный газ, нефтепродукты, летучие органические соединения или ПХДД/Ф. Шахтная печь достаточно энергоэффективна, поскольку обеспечивает предварительный нагрев загружаемого материала до поступления в горячую область плавки/восстановления.

А.1.4.3 Технология Contimelt

Процесс Contimelt предусматривает последовательность двух взаимосвязанных печей: подовой шахтной печи и барабанной печи (или печи для дразнения). Первая представляет собой вертикально расположенную прямоугольную печь с горизонтальной приемной камерой, в которую загружается черновая или черная медь и иное сырье. Необходимое тепло подается кислородно-газовыми горелками и обеспечивает плавку шихты с получением меди огневого рафинирования и небольшого количества шлака, который отделяется.

Схема процесса Contimelt приведена на рисунке А.18.

Рисунок А.18 - Технология Contimelt [26]

Расплавленная медь через сифон и желоб поступает в горизонтальную цилиндрическую печь, где она раскисляется природным газом. Затем рафинированную медь отливают в аноды. Газы из второй печи подаются в устройство дожигания. Затем они смешиваются с газами, вышедшими из первой печи, и направляются в котел-утилизатор, подогреватель воздуха для горелки, на охлаждение и, наконец, на рукавный фильтр.

Параметрами работы печи можно управлять с целью минимизации окисления металла. Конструкция установки позволяет утилизировать тепло путем выработки пара или предварительного подогрева шихты.

Данный процесс представляет собой непрерывный процесс двухстадийной плавки и переработки черной и черновой меди, высококачественного медного лома и анодного лома для получения медных анодов.

А.1.4.4 Вращающаяся печь

Такая печь представляет собой футерованный вращающийся цилиндр, оборудованный с одной стороны горелкой. Загрузочное окно располагается с одного конца, и иногда в нем может размещаться горелка. Можно использовать кислородно-топливный разогрев. Печи могут быть длинными или короткими, при этом в производстве меди применяют два вида таких печей:

- печь Томаса для плавки и рафинирования медного лома и т.п.;

- вращающаяся печь с погружными фурмами для рафинирования черной или черновой меди, очистки шлака и т.п.

Для обеспечения полной реакции шихты и достижения высокой эффективности могут задаваться различные режимы вращения печи. Сырье обычно загружают в торцевое окно, которое укрывают и оборудуют вытяжным устройством для предотвращения выбросов газов. Печи работают на жидком или газообразном топливе; как правило, используются кислородные горелки. Тепло от горелок идет на футерованную стенку, и шихта нагревается от футеровки во время вращения печи.

Шлаки и металл, образующиеся в ходе процесса, можно сливать через летки, расположенные со стороны загрузочного окна или в середине печи. Летка расположена таким образом, чтобы при частичном вращении печи происходило разделение металла и шлака. Расположение летки со стороны загрузочного окна позволяет улавливать отходящие газы с помощью одной и той же вытяжной системы. Также используют наклонные вращающиеся печи, которые позволяют достичь высокой скорости восстановления и менее зависимы от флюсов.

А.1.4.5 Отражательные (закрытые) печи

Отражательные печи используют для периодической плавки, рафинирования и выдержки различных металлов, в том числе меди. Это футерованные огнеупорами прямоугольные или круглые ванны, разогреваемые горелками, установленными на стенке или своде. Они зачастую работают в различных конфигурациях, иногда с наклонным подом, куда помещают шихту из смеси металлов и где основной металл отделяется от других металлов, например железа, для предотвращения загрязнения выплавляемой партии. Печи также могут отличаться количеством стенок или камер [6].

Для увеличения скорости плавки можно использовать различные виды топлива и кислородно-топливные горелки. Продукты сгорания отводят и подвергают обработке, печи частично герметизируют. Вытяжные зонты и укрытые желоба обеспечивают улавливание газов во время выпуска плавки и загрузки материалов. Шлак или дросс убирают скребком или сливают.

Многие конструкции предусматривают установку на загрузочных окнах больших дверей, которые позволяют загружать крупные объекты. При этом возникает проблема герметизации и улавливания газов во время загрузки. Охлаждение с помощью воды позволяет уменьшить данную проблему за счет снижения деформации дверей. Для подачи шихты используют уплотненные загрузочные тележки, для загрузки концентрата могут также использоваться подводящие трубопроводы. Уплотнение загрузочного окна может быть повреждено в результате неправильной загрузки материала в печь. В некоторых случаях на краях отверстий могут застывать разлившиеся металл или шлак, или же дверцы могут плохо закрываться из-за мешающих проводов или кабелей.

Производительность плавки в отражательных печах обычно не слишком высока из-за плохой теплоотдачи горелки. На практике производительность увеличивают за счет обогащения кислородом или применения различных комбинаций газообразного и твердого топлива для увеличения длины факела. Использование регенеративных горелок значительно сокращает потребление энергии. Эффективность также можно повысить за счет перемешивания содержимого с помощью электромагнитных систем или насосов. Насосные системы могут подключаться к боковым каналам для обеспечения возможности плавки мелких частиц металла с минимальным окислением. Описание использования отражательной плавильной печи приведено в А.1.2.1.

В 2.4.1.1.6 (см. таблицу 2.3) содержатся краткие обобщенные сведения о перечисленных выше печах, применяемых при производстве меди.

А.2 Гидрометаллургические процессы

Кислоты и NaOH, иногда также Na₂CO₃, используются для растворения металлов, содержащихся в различных рудах и концентратах, перед рафинированием и электроэкстракцией. Выщелачиваемый материал обычно представлен в форме либо оксида, либо окисной руды, либо оксида, полученного путем обжига [23].

Некоторые сульфидные медные руды можно выщелачивать серной кислотой или иными агентами, иногда с использованием природных бактерий, которые способствуют окислению и растворению, но для этого требуется длительное время выдержки. Для создания необходимых условий в систему выщелачивания добавляют воздух, кислород или хлорин, а также используют растворы, содержащие хлорид железа (III). Для расширения ассортимента руд и концентратов, подлежащих гидрометаллургической переработке, были разработаны технология HydroCopper и аналогичные процессы [81].

Получаемые растворы перерабатываются с помощью различных методов рафинирования и экстракции. Для сохранения кислотных и щелочных растворов отработанные растворы, как правило, возвращают на этап выщелачивания.

А.2.1 Кучное выщелачивание

Кучное выщелачивание обычно выполняют на руднике. Сырье измельчают и размалывают, чтобы однородные частицы могли вступать в реакцию с кислотой, и затем формируют естественные кучи на водонепроницаемой подложке. Кислоту распыляют на кучу, через которую она просачивается [82]. Она собирается на подложке и снова подается наверх кучи с целью накопления металла. Время выщелачивания одной кучи может составлять от 100 дней (медные оксидные руды) до 500 дней (медные сульфидные руды).

Для интенсификации процесса выщелачивания и повышения его эффективности можно использовать бактерии. Этот метод применяется для некоторых никелевых руд, когда цинк, кобальт и медь выщелачивают одновременно и затем отделяют перед тем, как начать извлекать металл [83]. Преимущества биокучного выщелачивания:

- оно основано на естественном процессе, бактерии способствуют выщелачиванию металлов из руды в раствор;

- всего два дополнительных процесса - орошение и аэрация;

- по сравнению с традиционными процессами плавки и рафинирования требуются более низкие капиталовложения и производственные расходы.

А.2.2 Атмосферное выщелачивание (в открытом резервуаре)

Атмосферное выщелачивание оксидов и концентратов выполняется в открытых или частично закрытых резервуарах путем постоянной циркуляции смеси с целью поддержания температуры и концентрации кислоты. В этой системе обычно используется ряд последовательно расположенных емкостей. Далее происходит осаждение с целью отделения и очистки осадка и экстракции металла из раствора. Некоторые осадки выщелачивания могут в дальнейшем подвергаться выщелачиванию при повышенных значениях крепости кислоты и температуры. Использование поэтапного выщелачивания позволяет увеличить его эффективность, но может привести к растворению большего количества примесей, в частности железа, которые впоследствии необходимо удалять. Процесс можно интенсифицировать за счет добавления кислорода и его перемешивания с продуктами выщелачивания (личатами).

А.2.3 Выщелачивание под давлением (автоклавное выщелачивание)

Процесс выщелачивания под давлением, или автоклавного выщелачивания, может охватывать полный цикл выщелачивания или часть его этапов. Используются кислото- или щелочестойкие емкости высокого давления; выщелачивающий раствор возвращается в цикл для поддержания реакций. Автоклавное выщелачивание также используется для выщелачивания черной меди с целью отделения меди от других металлов, в том числе драгоценных металлов.

Для окисления добавляют кислород, воздух или хлор. Хлор в виде поваренной соли добавляют в качестве катализатора со средним содержанием 8-12 г/л. При автоклавном выщелачивании под давлением могут образовываться кислотные испарения.

А.2.4 Экстракция растворителем

При экстракции растворителем металлы извлекают из водных растворов с добавлением определенных органических растворителей, которые не растворяются в воде. Водные и органические фазы перемешиваются, и искомый металл выборочно извлекается в органическую фазу путем контроля уровня pH смеси и использования комплексообразующего агента. После разделения фаз чистый раствор металла получают посредством повторной экстракции металла из органической фазы во вторичную водную фазу (реэкстракция), из которой металл можно извлечь разными способами [84]. На рисунке А.19 показана схема, иллюстрирующая принцип производства меди с использованием данного процесса.

Рисунок А.19 - Этапы экстракции растворителем

А.3 Электрохимические процессы

А.3.1 Электроэкстракция

При электроэкстракции используют электролизер, состоящий из инертного анода из свинца или титана и катода, помещенных в водный электролит, представляющий собой раствор металла. Катод представляет собой тонкую заготовку из чистого металла (катодная основа) или формообразующий лист из нержавеющей стали или алюминия (постоянная катодная пластина). Ионы металла проходят через раствор и оседают на катоде, а газы, такие как хлор и кислород, выделяются на аноде. Хлор собирают в герметичной анодной емкости, но кислород, как правило, выбрасывается; при этом он может выносить частицы электролита, в результате чего образуются кислотные испарения, которые требуется улавливать и возвращать в технологический процесс. Для предотвращения попадания испарений на рабочие места или в окружающую среду необходимо применять вытяжные зонты над электролизерами и газоочистное оборудование или использовать пенообразующие реагенты. Обедненный электролит обычно возвращают в технологический процесс.

С помощью этого процесса получают целый ряд цветных металлов, включая медь. При использовании постоянных катодных пластин образующиеся на них отложения чистого металла сдирают или соскабливают, плавят и отливают в нужные формы.

А.3.2 Электролитическое рафинирование

При электролитическом рафинировании используют электролизер, состоящий из анода, отлитого из рафинируемого металла, и катода, помещенных в электролит, представляющий собой раствор металла. Катод представляет собой тонкую заготовку из чистого металла (катодная основа) или формообразующий лист из нержавеющей стали (постоянная катодная пластина). Ионы металла переходят из анода в раствор, из которого они оседают на катоде.

При электролитическом рафинировании выделяются другие металлы, содержащиеся в анодах, менее благородные металлы растворяются в электролите, а более благородные, такие как драгоценные металлы, селен и теллур, образуют анодный шлам, который оседает в ваннах электролизеров. Анодный шлам периодически удаляют из ванн, и из него извлекают ценные металлы. В некоторых случаях используют анодные корзины для шламов.

Другие металлы извлекают из насыщенного электролита после его слива из системы.

Электролитеское рафинирование применяется для получения катодной меди и медных порошков различных марок.

А.3.2.1 Производство медных электролитических порошков

Технологический процесс производства порошков включает в себя следующие стадии (рисунок А.20):

- электролиз порошка из сернокислого электролита;

- мокрую обработку порошка: промывка, стабилизация;

- сушку порошка;

- сухую обработку: размол и просев;

- опробование, расчет шихты (шихтовка) и смешивание порошка;

- контрольный просев, затаривание и упаковка.

Рисунок А.20 - Технологический процесс производства порошков

Механизм протекания электролиза из сернокислого электролита сводится к электролитическому растворению под действием тока медных анодов (положительно заряженных электродов) и осаждению ионов меди в виде дендритного осадка (порошка) на медных стержневых катодах (отрицательно заряженных электродах). Получение порошкообразного осадка ведется в условиях низкой концентрации разряжающихся ионов меди в прикатодном слое и высокой плотности тока.

Электролиз осуществляется в ваннах бункерного типа, которые оснащены односторонне расположенными токоподводящими медными шинами, анодами и стержневыми катодами. Осевший на стержневых катодах порошкообразный осадок периодически стряхивается на дно электролизной ванны. Порошок из ванны удаляют донной выгрузкой.

На стадии мокрой обработки производят разделение пульпы под действием центробежной силы на электролит и порошок. Порошок промывают от электролита, обрабатывают раствором стабилизатора и обезвоживают перед сушкой.

После мокрой обработки промытый, отжатый порошок через бункер направляется на технологические линии сушки порошка.

После сушки сухую обработку порошка ведут на технологических линиях и классификаторе.

После сухой обработки кюбели с медным порошком (полуфабрикатом) направляют на участок шихтовки и смешения с учетом гранулометрического состава, насыпной плотности, качества стабилизации и цвета.

После перемешивания в смесителе и контрольного просева медный порошок упаковывается в специальную тару и маркируется.

А.3.2.2 Производство медного купороса

Технологический процесс производства медного купороса включает следующие основные стадии (рисунок А.21):

- нейтрализация серной кислоты, поступающей с передаточными растворами, медью путем растворения гранулированной меди;

- кристаллизация медного купороса в вакуум-выпарных аппаратах;

- отделение медного купороса в центрифуге;

- сушка медного купороса;

- упаковка и транспортировка.

Операцию растворения гранул проводят в аппаратах колонного типа - АКТ, в непрерывном или периодическом режиме при заданной температуре и подаче сжатого воздуха для перемешивания и окисления меди.

Нейтрализованный раствор из АКТ направляют на упарку и кристаллизацию медного купороса в вакуум-выпарные кристаллизаторы (ВВК) Выпарные вакуум-кристаллизаторы работают под разряжением, выделение загрязняющих веществ отсутствует. Процесс получения медного купороса в ВВК организован в три стадии. На первых двух стадиях получают суспензию кристаллов, которые, после разделения на центрифугах, направляют на сушку кристаллов и упаковку готового продукта.

Образовавшиеся кристаллы в виде суспензии выводят из ВВК, перекачивая на центрифугу насосом, оборудованным частотным преобразователем. После разделения и промывки кристаллов на центрифуге, кристаллы купороса медного с первой и второй стадии подают в сушильный барабан на операцию сушки, а полученный на третьей стадии медный купорос растворяют и направляют на выпарную вакуум-кристаллизацию первой стадии.

Процесс сушки производят с целью удаления из кристаллов свободной влаги, оставшейся после операции разделения. Сушку кристаллов медного купороса проводят в сушильном барабане нагретым воздухом, который после сушильного барабана поступает в скруббер на "мокрую" очистку.

Рисунок А.21 - Технологический процесс производства медного купороса

Для упаковки готового продукта используют полиэтиленовые мешки или мягкие контейнеры. Дозирование и упаковку медного купороса в полиэтиленовые мешки осуществляют в автоматическом режиме на линии упаковки. Дозировку и упаковку купороса медного в мягкий контейнер типа МКР производят путем взвешивания на подкрановых весах на узле затаривания.

А.4 Процессы и методы газоочистки

Поскольку процессы и методы газоочистки широко применяются в производстве меди, как и в целом на предприятиях цветной металлургии и других отраслей производства, в настоящем разделе приведены общие сведения о них. Соответственно, сходны у этих процессов и основные характеристики, рассматриваемые в качестве критериев при определении НДТ.

К числу достигаемых экологических выгод относится сокращение выбросов пыли, металлов, газообразных соединений и других веществ (например, для устройств дожигания - органических соединений).

Аналогично к стимулам к внедрению относятся:

- сокращение или предотвращение выбросов пыли и других веществ;

- экономия сырья, если пыль может быть возвращена в производство;

- энергосбережение (для некоторых методов и оборудования);

- выполнение требований разрешительной документации и внутренних стандартов.

Возможные межсредовые эффекты от использования этих методов в целом характеризуются следующим образом:

- увеличение энергопотребления;

- образование твердых отходов, если собираемая пыль не может быть возвращена в производство;

- образование при использовании мокрых электрофильтров и скрубберов, а также устройств для абсорбции водой или перекисью водорода стоков, требующих дальнейшей обработки для предотвращения сброса металлов и других веществ в водные объекты.

Данные об экологической результативности и эксплуатационных характеристиках тех или иных методов, их применимости приводятся, где это применимо, в описании процессов, реализуемых на конкретных предприятиях в разделе 4.

В целом эти процессы достаточно экономичны, а данные об экономических аспектах их применения (прежде всего, капитальных вложениях и текущих расходах), при их наличии, приведены в разделе 5.

А.4.1 Методы сокращения выбросов пыли, металлов и других частиц

А.4.1.1 Электрические (электростатические) фильтры

В электрических (электростатических) фильтрах (далее по тексту - электрофильтры, или ЭФ) частицы заряжаются и улавливаются под воздействием электрического поля. Они могут функционировать в различных условиях.

Электрофильтры, специально разработанные для работы в условиях высоких температур отходящих газов (> 300 °C), называются горячими электрофильтрами.

Техническое описание

Электрофильтры (ЭФ) активно применяются в отрасли и могут функционировать в условиях широких диапазонов значений температуры, давления и пылевой нагрузки. Они не очень чувствительны к размеру частиц и улавливают пыль как во влажных, так и в сухих условиях. Конструкция ЭФ устойчива к коррозии и абразивному воздействию.

ЭФ состоит из нескольких высоковольтных коронирующих электродов и соответствующих коллекторных электродов. Частицы заряжаются и впоследствии выделяются из газового потока под воздействием электрического поля, созданного между электродами. Электрическое поле между электродами создается небольшим постоянным током высокого напряжения (100 кВ). На практике ЭФ разделен на ряд дискретных зон (обычно до пяти). Схема устройства ЭФ показана на рисунке А.22.

Рисунок А.22 - Схема устройства электрофильтра (показаны только две зоны)

Частицы удаляются из потока газа в четыре этапа:

- наведение электрического заряда на частицы пыли;

- подача заряженной пыли в электрическое поле;

- улавливание пыли с помощью коллекторного электрода;

- удаление пыли с поверхности электрода.

Коронирующие электроды необходимо подвергать встряхиванию или вибрации для предотвращения накопления пыли, соответственно, их механическая прочность должна выдерживать такое воздействие. Механическая надежность коронирующих электродов и их несущей конструкции имеет большое значение, поскольку даже один оборванный кабель может закоротить все электрическое поле ЭФ.

Производительность ЭФ определяется немецкой формулой, согласно которой эффективность определяется общей площадью поверхности коллекторных электродов, объемным расходом газа и скоростью миграции частиц. Таким образом, увеличение площади поверхности коллекторных электродов имеет большое значение для улавливания конкретного вида пыли, в связи с чем современным подходом является использование расширенного межэлектродного пространства. В свою очередь, это предполагает надежную конструкцию и контроль работы выпрямительного устройства.

Конструкция используемых в отрасли выпрямителей предусматривает применение отдельных секций устройства для каждой зоны или части зоны ЭФ. Это позволяет применять разное напряжение на входных и выходных зонах, поскольку на выходе пылевая нагрузка меньше, а также дает возможность постепенно увеличивать напряжение, подаваемое на зоны, без искрения. Хорошая конструкция также подразумевает применение автоматизированных систем управления, поддерживающих оптимально высокое напряжение, подаваемое без искрения на электроды конкретной зоны. Для подачи максимально возможного без образования искр высокого напряжения и постоянного изменения его значения используется автоматическое контрольно-измерительное устройство. Подача постоянного высоковольтного электропитания практически не позволяет обеспечить оптимальную эффективность улавливания пыли.

Особое значение имеет электрическое сопротивление (величина, обратная электрической проводимости) пыли. Если оно слишком низкое, то частицы, достигая коллекторного электрода, легко теряют свой заряд, и может произойти вторичный унос пыли. При повышенном удельном сопротивлении пыли на электроде образуется изолирующий слой, который препятствует нормальному коронированию и приводит к снижению эффективности улавливания. В основном, удельное сопротивление пыли находится в рабочем диапазоне, но эффективность улавливания можно еще повысить, улучшив физические характеристики частиц. Для этого широко применяются аммиак и трехокись серы. Удельное сопротивление также можно уменьшить с помощью понижения температуры или увлажнения газа.

Обычно ЭФ не может обеспечить сокращение содержания пыли на уровне, который может обеспечить рукавный фильтр. Для достижения высоких значений производительности ЭФ газ пропускают через специальные устройства, обеспечивающие равномерность потока, препятствующую прохождению вне электрического поля. Правильная конструкция входных газоходов и наличие устройств распределения потока на входе ЭФ необходимы для достижения однородности потока.

Использованные источники информации: [85], [40], [43], [86], [87].

А.4.1.2 Мокрый электрофильтр

Метод предусматривает использование ЭФ, в котором собранный материал смывается с пластин коллекторов с помощью жидкости, обычно воды. Для удаления капель воды перед выбросом отработанного газа устанавливается специальное устройство (например, влагоуловитель или конечное сухое поле).

Техническое описание

Работа мокрых ЭФ основана на тех же принципах. В данном случае собранная пыль удаляется с пластин или трубок коллектора с помощью слоя жидкости, образованного конденсатом воды и осаждающимися парами кислоты. В случае образования большого количества твердых материалов для непрерывного распыления воды в фильтре с целью предотвращения отложений на коллекторных электродах может применяться встроенная распыляющая форсунка. Разбрызгивание воды таким способом увеличивает поверхность жидкостной пленки на коллекторных электродах и уменьшает содержание твердых веществ. Кроме того, мокрые ЭФ оборудованы промывочными системами. Промывка осуществляется периодически. На время промывки высоковольтное электропитание отключается. Они имеют ряд преимуществ при улавливании некоторых видов пыли, которая налипает на обычные пластины, или при создании препятствий нормальной работе в связи с присутствием в газовом потоке других компонентов, например, когда обрабатывается холодный влажный газ. Образуются стоки, требующие дальнейшей обработки. Схема устройства мокрого ЭФ показана на рисунке А.23.

Рисунок А.23 - Схема устройства мокрого электрофильтра

Мокрые ЭФ или ЭФ с подвижными электродами используются для улавливания сложных типов пыли или при обработке влажных газов.

Использованные источники информации: [87], [85], [40], [43], [86].

А.4.1.3 Циклоны

В циклонах для удаления из потока отработанного газа посторонних частиц, которым сообщается центробежная сила (обычно в конусообразной камере), используется сила инерции.

Техническое описание

Циклоны были установлены на большом количестве предприятий в 1980-х годах и до сих пор широко используются. Циклон является инерционным газоочистным устройством. Пыль выделяется из газового потока, когда при смене направления его движения она продолжает двигаться в прежнем направлении по инерции и попадает на осаждающую поверхность. Схема устройства циклона представлена на рисунке А.24.

Рисунок А.24 - Схема устройства циклона

Входящий газ закручивается в спиралевидный поток. Центростремительные силы, действующие внутри спирали, обеспечивают изменение направления, а частицы с массой выше критической попадают на стенки циклона.

В цветной металлургии циклоны используются совместно с другими методами газоочистки.

Использованные источники информации: [40], [43], [85], [87], [86].

А.4.1.4 Рукавные или тканевые фильтры

Рукавные фильтры изготавливаются из пористой или войлочной ткани, через которую проходит газ, а посторонние частицы удаляются посредством отсеивания или другим образом. Применение рукавных фильтров требует подбора фильтрующего материала, соответствующего характеристикам отходящих газов и максимальной рабочей температуре. Картриджный/патронный фильтр является вариантом рукавного фильтра, в котором вместо рукава используются сменные фильтрующие элементы.

Техническое описание

Рукавные фильтры находят широкое применение в цветной металлургии благодаря высокой эффективности очистки газов от тонкодисперсной пыли, образующейся при выплавке и плавке металлов. Для снижения вероятности воспламенения с целью придания частицам необходимых характеристик и рекуперации тепла отходящих газов перед их подачей в рукавные фильтры могут устанавливаться охладительные камеры, а также котлы-утилизаторы.

Схемы устройства рукавных фильтров с различными системами очистки приведены на рисунках А.25, А.26 и А.27.

1 - трубопровод неочищенного газа; 2 - фильтрующие рукава; 3 - корпус фильтра; 4 - трубопровод чистого газа; 5 - продувочный вентилятор; 6 - регулирующие задвижки; 7 - пылевая воронка; 8 - поворотные клапаны

Рисунок А.25 - Рукавный фильтр с обратной продувкой (с одним отделением цикла очистки)

Основной принцип фильтрации через ткань заключается в использовании тканевой мембраны, которая пропускает газ, но задерживает пыль. Рукава обычно фиксируются на металлической раме и герметично встроены в конструкцию фильтра. В начале жизненного цикла фильтра пыль задерживается как на поверхности ткани, так и внутри ее волокон, но со временем на поверхности накапливается пыль, которая сама по себе превращается в основную фильтрующую среду. По мере нарастания слоя пыли увеличивается и сопротивление прохождению газового потока. Необходимо периодически проводить очистку фильтрующего материала для контроля падения давления газа при прохождении через фильтр. Направление потока очищаемого газа может быть как изнутри рукава наружу, так и снаружи вовнутрь.

1 - подача сырого газа; 2 - отбойная перегородка; 3 - фильтрующие рукава; 4 - приемник очищенного газа; 5 - отводный канал очищенного воздуха; 6 - мембранный клапан; 7 - резервуар для сжатого воздуха; 8 - трубка подачи газа; 9 - пылевая воронка

Рисунок А.26 - Система очистки обратной продувкой пульсирующей струей

Рисунок А.27 - Система очистки воздухом низкого давления

Рукавные фильтры обычно отличаются методом очистки фильтрующего материала. Регулярное удаление слоя пыли с ткани важно для сохранения производительности фильтра, а также влияет на срок службы рукава.

Самыми распространенными методами очистки являются обратная продувка воздухом, механическое встряхивание, вибрация, очистка воздухом низкого давления и очистка сжатым воздухом. Для очистки рукавов также используются акустические рупоры. Обычно очистка не обеспечивает возврата рукава фильтра в изначальное состояние, поскольку частицы пыли, проникшие в ткань, забивают поры между волокнами, однако это увеличивает эффективность фильтрации субмикронных частиц.

Рукавные фильтры проектируются с учетом предполагаемой скорости фильтрации, которая определяется как максимально приемлемая скорость прохождения газа через единицу площади ткани (м³/с м², выраженная в м/с). Скорость фильтрации обычно находится в диапазоне от 0,01 до 0,04 м/с в зависимости от условий эксплуатации, типа фильтра и ткани.

Ткань выбирается с учетом состава газов, природы и размеров частиц пыли, предполагаемого метода очистки, необходимой эффективности и экономических факторов. Также учитывается температура газа, метод охлаждения газа, если оно применяется, а также значения точки росы образующихся паров воды и кислотных испарений.

К учитываемым характеристикам ткани относятся: химическая устойчивость, форма и тип волокон, рисунок переплетения волокон в ткани, окончательная обработка ткани, ее устойчивость к износу и на изгиб, прочность, эффективность улавливания, покрытие и коэффициент фильтрации ткани.

Износ рукавов фильтра приводит к постепенному снижению результативности работы, которую можно измерить. С точки зрения повреждения или внезапного полного отказа нескольких рукавов представляют опасность коррозия, фильтрация абразивного материала или риск воспламенения. Простые системы мониторинга в режиме реального времени, такие как датчики перепадов давления или устройство контроля пыли, позволяют получить лишь приблизительное представление о результативности работы рукавов.

Для измерения параметров пыли в отходящих из рукавного фильтра газах с целью обнаружения возможных отказов, а также для определения наибольшего загрязнения во время очистки используются трибоэлектрические или оптические приборы. Когда такие измерительные приборы используются наряду с зонной системой очистки, возможно определить те зоны, где произошло повреждение рукавов, и произвести локальный ремонт [88]. Также применяются температурные датчики и сигнализация.

Для правильной работы фильтра должно быть выполнено одно или несколько из следующих условий.

Особое внимание необходимо уделить выбору фильтрующего материала, надежности его крепления и системе уплотнения. Необходимо вовремя проводить предписываемое техническое обслуживание. Современные фильтрующие материалы обычно являются более прочными и имеют долгий срок эксплуатации. Высокая стоимость современных материалов в большинстве случаев компенсируется их долговечностью.

Рабочая температура должна превышать точку росы газа. При повышенных рабочих температурах должны использоваться термостойкие рукава и элементы крепления.

Непрерывный контроль пылевой нагрузки с помощью отражающих, оптических или трибоэлектрических устройств для обнаружения возникающих в рукавах дефектов. Контролирующее устройство должно по возможности взаимодействовать с системой очистки фильтра для своевременного определения секций с изношенными или поврежденными рукавами.

Использование при необходимости устройств охлаждения газа и искрогасителей. Для гашения искр могут быть использованы циклоны. Большинство современных фильтров имеют большое количество секций, что позволяет при необходимости без ущерба для фильтра в целом выводить из работы поврежденные секции.

Для обнаружения возгораний могут использоваться системы контроля температуры и искрения. В случае опасности воспламенения возможно использование систем подачи в отходящие газы инертного газа или инертных материалов (например, извести). Чрезмерное нагревание, превышающее проектные значения, установленные для конкретного вида ткани, может привести к образованию токсичных газов.

Для контроля состояния устройств очистки можно измерять перепады давления.

Существует ряд конструкций рукавных фильтров, использующих различные фильтрующие материалы. Применение метода фильтрации с помощью мембраны (поверхностная фильтрация) в том числе приводит к увеличению срока службы рукавов, повышению температурного порога (до 260 °C) и относительно низкой стоимости обслуживания. Мембранные рукавные фильтры состоят из ультратонких расширенных политетрафторэтиленовых (ПТФЭ) мембран на подкладке. Частицы из потока отходящих газов задерживаются на поверхности рукава. Вместо того чтобы накапливаться на внутренней стороне рукава или проникать в его ткань, частицы пыли отскакивают от мембраны, формируя небольшую корку. Такой метод применяется как на новых, так и на существующих предприятиях, а также может быть использован для восстановления существующих рукавных фильтров [89].

Применение синтетических фильтрующих материалов, таких как тефлон/стекловолокно, позволяет использовать рукавные фильтры в разнообразных условиях эксплуатации и удлиняет срок их службы. Эффективность современных фильтрующих материалов в тяжелых условиях эксплуатации или при высоких температурах довольно высока, а производители тканей могут помочь подобрать материал под конкретные условия. В отдельных случаях, когда применяются соответствующие материалы и конструкция, можно добиться очень низкого уровня выбросов. Повышенная надежность и длительный срок эксплуатации компенсируют стоимость современных рукавов. Достижение высоких уровней эффективности является очень важным, поскольку пыль содержит большое количество металлов. Во избежание утечек неочищенного газа в атмосферу необходимо учитывать возможность деформации распределительных коллекторов, а также правильное уплотнение рукавов, наряду с надлежащей практикой эксплуатации.

Из-за вероятности при некоторых условиях засорения фильтрующих тканей (например, клейкой пылью или при температуре воздушных потоков, близкой к точке росы) и их чувствительности к огню эти методы не подходят для любых условий эксплуатации. Они способны применяться в существующих рукавных фильтрах и могут быть улучшены. В частности, система уплотнения рукавов может быть усовершенствована во время ежегодных плановых ремонтов, а материал рукавов заменен на более современный во время планового обслуживания, что также может привести к снижению будущих издержек.

Сравнение характеристик наиболее часто используемых параметров различных систем фильтрации приводится в таблице А.1.

Таблица А.1 - Сравнение параметров различных рукавных фильтров [89]

Параметр	Фильтр с импульсной очисткой	Фильтр с мембраной из стекловолокна	Фильтр из стекловолокна
Удельная нагрузка воздуха на ткань	от 80 до 90 м/ч	от 70 до 90 м/ч	от 30 до 35 м/ч
Температурный диапазон	250 °C	280 °C	280 °C
Тип рукава	Полиэстер	Мембрана/стекловолокно	Стекловолокно
Размер рукава	0,126 x 6,0 м	0,292 x 10 м	0,292 x 10 м
Площадь ткани одного рукава	2,0 м²	9,0 м²	9,0 м²
Клетка	Да	Нет	Нет
Депрессия	2,0 кПа	2,0 кПа	2,5 кПа
Срок эксплуатации	До 30 мес.	6-10 лет	6-10 лет

Использованные источники информации: [87], [85], [40], [89], [86], [13].

А.4.1.5 Керамические и металлические мелкоячеистые фильтры

С точки зрения принципов работы, общего устройства и возможностей очистки мелкоячеистые керамические фильтры похожи на рукавные фильтры. Вместо тканевых рукавов на металлическом каркасе в них используются жесткие фильтрующие элементы, по форме напоминающие свечу.

Техническое описание

В цветной металлургии существует несколько примеров применения таких фильтров в соответствующих условиях; при этом были достигнуты высокие показатели эффективности пылеулавливания. С помощью таких фильтров удаляются мелкодисперсные частицы, в том числе PM10.

Эти фильтры имеют высокую термостойкость, и, зачастую, именно корпус фильтра определяет верхнюю границу рабочей температуры. Расширение опорной конструкции в условиях высоких температур также является важным фактором, поскольку при этом нарушается герметичность элементов фильтра в корпусе, что приводит к просачиванию неочищенного газа в поток очищенного. Системы обнаружения отказов в режиме реального времени используются аналогично рукавным фильтрам. Керамические и металлические сетчатые фильтры не такие гибкие, как рукавные. При очистке таких фильтров продувкой мелкая пыль не удаляется с той же эффективностью, как из тканевого фильтра, что приводит к накоплению тонкой пыли внутри фильтра и, таким образом, к уменьшению его производительности. Это происходит за счет накопления сверхтонкой пыли.

Керамические фильтры производятся из алюмосиликатов и могут быть покрыты слоем различных фильтрующих материалов для улучшения химической или кислотной устойчивости или для фильтрации других загрязняющих веществ. С фильтрующими элементами относительно легко обращаться, когда они новые, но после того, как они подвергнутся воздействию высоких температур, они становятся хрупкими, и их можно случайно повредить во время обслуживания или при неосторожных попытках очистки.

Наличие липкой пыли или смолы представляет потенциальную проблему, поскольку их сложно извлечь из фильтра при обычной очистке, что может привести к падению давления. Эффект воздействия температуры на фильтрующий материал накапливается, поэтому он должен быть учтен при проектировании установки. При применении соответствующих материалов и конструкции можно добиться очень низкого уровня выбросов. Снижение уровня выбросов является важным фактором, поскольку пыль содержит большое количество металлов.

Аналогичную результативность в условиях высоких температур также имеет и модернизированный металлический сетчатый фильтр. Развитие технологий обеспечивает быстрое образование пылевой корки после проведения очистки, когда соответствующая зона была выведена из эксплуатации.

Надлежащим образом спроектированные и изготовленные фильтры подходящего под конкретные условия эксплуатации размера должны обладать следующими параметрами.

Корпус, арматура и система уплотнения соответствуют выбранным условиям применения, надежны и термостойки.

Непрерывный контроль пылевой нагрузки осуществляется с помощью отражающих оптических или трибоэлектрических устройств с целью обнаружения отказов фильтра. Устройство должно по возможности взаимодействовать с системой очистки фильтра для определения отдельных секций с изношенными или поврежденными элементами.

В случае необходимости соответствующая подготовка газа.

Для контроля состояния устройств очистки можно измерять перепады давления.

Из-за вероятности при некоторых условиях засорения фильтрующего материала (например, клейкой пылью или при температуре воздушных потоков, близкой к точке росы) эти методы не подходят для любых условий эксплуатации. Они могут применяться в существующих керамических фильтрах и могут быть модифицированы. В частности, система уплотнения может быть усовершенствована во время планового обслуживания.

Использованные источники информации: [87], [85], [40], [43], [42], [13].

А.4.1.6 Мокрые скрубберы

Мокрое удаление пыли в мокрых скрубберах - это разновидность мокрой очистки газа, с помощью которого можно также извлекать/удалять дисперсное вещество. Мокрое удаление пыли предусматривает ее отделение посредством интенсивного смешивания подаваемого газа с водой и (в большинстве случаев) последующего удаления крупных частиц под воздействием центробежной силы. Для достижения такого эффекта газ выбрасывается по касательной. Удаляемые твердые частицы собираются на дне скруббера. Вместе с пылью из газа также удаляются такие неорганические химические вещества, как H₂SO₄, SO₂, NH₃, NH₄Cl, ЛОС, а также тяжелые металлы.

Техническое описание

Улавливание частиц с помощью мокрых скрубберов предусматривает использование трех основных механизмов: инерционное столкновение, задержание и рассеивание. Большое значение имеют размер собираемых частиц, а также их способность к смачиванию.

Схема устройства радиального мокрого скруббера приведена на рисунке А.28.

Рисунок А.28 - Радиальный мокрый скруббер

Мокрые скрубберы используются для охлаждения, насыщения и предварительной очистки газа, например, когда установлены перед мокрыми электрофильтрами. Типичные примеры: скруббер Вентури или радиальный скруббер с регулируемым падением давления. Мокрые скрубберы используются в цветной металлургии в различных технологических процессах, например при производстве меди (а также цинка, свинца и железомарганцевых сплавов) в закрытых печах. Конструкция скруббера основана на соотношении скоростей потоков и объемов газа и жидкости. Эти параметры определяют падение давления во всем скруббере и, таким образом, эффективность фильтрации.

Каскадные мокрые скрубберы, или скрубберы Вентури, зачастую используются для обеспыливания насыщенных окисью углерода отходящих газов герметичных электродуговых печей; затем этот газ используется как теплотворный и выбрасывается в атмосферу после дальнейшей обработки. Они также используются для очистки газов, отходящих от ленточных агломерационных машин, где пыль очень абразивна, но легко смачиваема. Без такой предварительной очистки на скруббере срок эксплуатации рукавного фильтра был бы значительно ограничен, а быстрый износ ткани привел бы к низкой его результативности.

Скрубберы используются, когда характер пыли или температура газа не позволяют применять другие методы очистки или когда такой способ пылеудаления наилучшим образом подходит для конкретной пыли. Данный способ также применим, когда газы необходимо удалить вместе с пылью или когда использование скрубберов является частью цепочки очистки, например пылеудаление перед подачей газа на сернокислотную установку. Смачивание и улавливание частиц требуют расходования значительного количества энергии.

Мокрые скрубберы должны использоваться совместно с системами контроля давления, потока щелочного раствора и (при очистке кислых газов) показателя pH. Промытый газ должен направляться из скруббера во влагоуловитель.

Опыт показывает, что эффективность работы мокрых скрубберов напрямую зависит от размера частиц и общего потребления ими энергии, в частности после падения давления в зоне улавливания. Кроме того, при равномерном распылении жидкости внутри скруббера одинаковые перепады давления очень часто обеспечивают равную эффективность при улавливании одного и того же вида пыли в скрубберах самой разной конструкции. Таким образом, невозможно спроектировать высокоэффективный мокрый скруббер, который бы потреблял небольшое количество энергии, кроме случаев, когда удаляемая пыль легко смачиваема. Существует ряд различных конструкций высокоэнергетических скрубберов, основанных на принципах радиальной фильтрации, импульсной продувки, Вентури или каскадном. Скрубберы применяются в тех случаях, когда другие способы пылеудаления не дают желаемого результата. В общем случае очищенные в мокром скруббере газы впоследствии используются в других процессах (например, в качестве топлива), а не выбрасываются в атмосферу. Они также применяются совместно с мокрым ЭФ с целью охлаждения и очистки газов перед их обработкой на сернокислотных установках или для поглощения кислых газов.

Использованные источники информации: [85], [87], [42], [13].

А.4.1.7 Обзор методов сокращения выбросов пыли

Обзор методов сокращения выбросов пыли приведен ниже в таблице А.2.

Таблица А.2 - Обзор методов удаления пыли

Описание	Межсредовые эффекты	Эксплуатационные данные (потенциальные проблемы)	Применимость	Стимулы к внедрению
Рукавные фильтры	Нет, если пыль используется повторно	Засорение, воспламенения, закупорка. Максимальная рабочая температура 250 °C	В основном при хорошем уплотнении и с применением современных фильтрующих материалов	Высокая результативность для определенных видов пыли. Возможность возвращения пыли в технологический процесс
Мокрый электрофильтр	Источник сточных вод	Обрыв кабелей и короткое замыкание. Максимальная рабочая температура 80 °C	Повышенная результативность для мокрых газов	Высокая результативность для определенных видов пыли; низкий уровень перепадов давления, но образуются сточные воды
Электрофильтр	Нет, если пыль используется повторно	Различные частицы; обрыв кабеля и короткое замыкание. Максимальная рабочая температура 450 °C	В основном при хороших системах контроля и равномерном распределении газа	Низкий уровень перепадов давления, надежный, низкие эксплуатационные расходы
Мокрые скрубберы	Источник сточных вод	Сниженная результативность и засорения. Максимальная рабочая температура на входе 1000 °C	Очистка или предварительная очистка газов перед использованием других методов. Подходит только для некоторых видов пыли. Очистка газов, используемых в качестве топлива или для кислотных установок	Удаление кислых газов или испарений
Керамические фильтры	Нет, если пыль используется повторно	Хрупкость, засорение и закупорка. Для определенных видов пыли. Максимальная рабочая температура 900 °C	Работа в условиях высоких температур	Очень высокая результативность для определенных видов пыли. Возможность возвращения пыли в технологический процесс
Циклоны	Нет, если пыль используется повторно	Низкая результативность. Неэффективны для тонкой пыли. Максимальная рабочая температура 1100 °C	Предварительное пылеудаление	Предварительная очистка газов перед использованием других методов.

А.4.2 Методы сокращения выбросов газообразных соединений

Такие газы, как H₂SO₄, NH₃, SO₂, SO₃, HF, HCl и N_х, образуются в ходе многих технологических процессов, например диоксид серы выделяется в ходе плавки. Существуют методы предупреждения и сокращения выбросов этих газов [90]. Сокращение выбросов зачастую достигается с помощью контроля параметров технологического процесса или регулирования химического состава шлака или штейна. Предотвращение газовых выбросов также может достигаться за счет использования горелок с низким выходом NO_x и дожигания в печах и других установках сжигания.

Образующиеся в ходе некоторых процессов органические и металлические компоненты также можно улавливать с помощью аналогичных методов.

Для удаления газообразных компонентов в цветной металлургии используются следующие методы.

А.4.2.1 Устройства/камеры дожигания

Описание

Горелка-дожигатель, или термический окислитель (ТО) - это система сжигания, в которой загрязняющий агент, содержащийся в отработанных газах, вступает в реакцию с кислородом в контролируемой среде для создания реакции окисления.

Регенеративный дожигатель, или регенеративный термический окислитель (РТО) - это система сжигания, которая в рамках процесса регенерации использует термическую энергию газа и углеродистых соединениях, используя огнеупорные слои. Система коллектора для изменения направления потока газа необходима для очистки подложки.

Каталитический дожигатель, или каталитический термический окислитель (КТО) - это система сжигания, где разложение происходит на поверхности металлического катализатора при пониженных температурах, как правило, в пределах от 300 °C до 400 °C.

Техническое описание

Системы сжигания используются в промышленности для окисления оксида углерода, пыли или углеродистых материалов в потоке газа. Применяется несколько типов систем сжигания.

- Высокотемпературные горелки-дожигатели, также именуемые термическими окислителями, где газы нагреваются, как правило, до температуры в пределах от 850 °C до 1000 °C и выдерживаются в течение минимум 0,5 с (при условии отсутствия хлорсодержащих компонентов), что приводит к деструкции летучих органических углеродистых соединений. Дожигатели используют систему горелок (не обязательно непрерывного нагрева).

- Регенеративные дожигатели, также именуемые регенеративными термическими окислителями (РТО), в рамках процесса регенерации использует термическую энергию газа и углеродистых соединений, используя огнеупорные слои. Для очистки огнеупорного слоя подложки с целью изменения направления газового потока необходима коллекторная система.

- Каталитический дожигатель или каталитический термический окислитель (КТО), где разложение происходит на поверхности металлического катализатора при пониженных температурах, как правило, в пределах от 300 °C до 400 °C.

- Печи, спроектированные для сжигания отходящих газов, например избыточного оксида углерода, для рекуперации энергии.

- Ствол дымохода или выходная часть печи могут использоваться в качестве дожигателя, если в эту точку подать дополнительный кислород.

С помощью термического окисления дожигающие устройства разрушают органические соединения, включая ПХДД/Ф. Далее необходима дополнительная энергия, что, в свою очередь, в зависимости от источника энергии приводит к выбросам CO₂, NO_x и SO₂.

С практической точки зрения дожигающие устройства особенно эффективны для разрушения масел и покрытий; при этом могут образовываться органические соединения высокой концентрации. Наличие в печи этих компонентов приводит к выделению большого объема продуктов горения и к снижению времени пребывания в печи и, как следствие, к выделению продуктов частичного сгорания.

Одним из методов удаления ЛОС, ПХДД/Ф, органических и углеродистых частиц или горючих газов, таких как CO или H₂, является правильное проектирование, подбор размера и монтаж специализированных установок. При возможности рекомендуется прибегать к рекуперации тепла. К основным условиям эффективного сжигания в дожигающих устройствах относятся следующие:

- достаточное время пребывания в камере сгорания или регенеративной системе; для обеспечения полного сжигания время должно быть достаточным в среде с достаточным содержанием кислорода. В зависимости от наличия хлорсодержащих компонентов эффективность деструкции на уровне 99 % потребует времени нахождения на уровне 2 с при необходимой температуре. Меньшее время нахождения в печи и пониженные температуры также могут привести к полной деструкции ЛОС и ПХДД/Ф, но конкретные значения параметров определяются в каждом конкретном случае, исходя из фактических режимов эксплуатации. Газы при охлаждении должны быстро преодолевать температурный диапазон вторичного образования ПХДД/Ф. Для обеспечения достаточного тепло- и массообмена в зоне горения и для исключения локальных непрогревов необходим турбулентный поток газов. Такая турбулентность обычно обеспечивается при использовании горелок, создающих завихряющееся пламя, и установке дефлекторов в камере сгорания;

- температурный режим на 200 °C - 400 °C выше температуры самовозгорания наиболее стабильного вещества, следовательно, минимальные рабочие температуры должны превышать 850 °C. При содержании в потоке газа хлорсодержащих компонентов, температуру необходимо увеличивать до 1100 °C - 1200 °C, также необходимо использовать быстрое охлаждение отходящих газов для предотвращения формирования ПХДД/Ф;

- эксплуатация каталитических установок при пониженных температурах. Для работы горелки необходимы турбулентность газа, подача воздуха и источник зажигания. При необходимости можно использовать дополнительное топливо;

- автоматизированная система управления составом топливовоздушной смеси в горелках для оптимизации горения;

- демонстрация результативности совместного применения оборудования, температурных режимов и времени пребывания в печи для подтверждения эффективной деструкции материалов, присутствующих в сырьевом газе.

Использованные источники информации: [85], [42], [91], [92], [93], [13], [41].

А.4.2.2 Системы мокрой очистки

В процессе мокрой газоочистки газообразные компоненты растворяются в растворе. После мокрого скруббера отходящие газы насыщаются водой, и перед выбросом отходящих газов в атмосферу их необходимо пропустить через влагоуловитель. Образующаяся жидкость очищается на водоочистных сооружениях, а нерастворимые частицы улавливаются с помощью осаждения или фильтрации.

Техническое описание

Системы мокрой газоочистки используются для удаления газообразных компонентов при их небольшом содержании, в основном для удаления частиц, но также для контроля температуры (с помощью адиабатного охлаждения). И хотя основная технология, используемая в таких установках, зачастую одинакова, проектные решения систем улавливания пыли и газообразных компонентов существенно различаются. Системы мокрой газоочистки, как правило, используются для всех трех сред (воздух, вода, почва) одновременно, поэтому проектное решение должно быть компромиссным и учитывать межсредовые эффекты, например в зависимости от характеристик конкретного процесса возможно увеличение объема стоков.

В скрубберах используются различные жидкости, от морской воды до щелочных растворов. Выбор параметров для контроля результативности работы скруббера определяется конкретным его применением. Среди таких параметров могут быть: перепад давления и скорость потока скрубберной жидкости, температура, мутность, проводимость и pH. Высока вероятность межсредовых эффектов, что необходимо учитывать в каждом конкретном случае.

К методам удаления низкоконцентрированного диоксида серы (менее 1 %) и других образующихся газов, таких как HF и HCl, относится правильное проектирование, подбор размера и монтаж специализированных установок.

Мокрые скрубберы должны использоваться совместно с системами мониторинга давления, потока скрубберной жидкости и pH, и на выходе из скруббера газ должен поступать в туманоотделитель. Слабокислые растворы, получаемые в ходе очистки, следует использовать повторно, если возможно - восстанавливать или использовать для снижения сбросов загрязняющих веществ в водные объекты.

Использованные источники информации: [94], [95], [42], [13].

А.4.2.3 Скрубберы сухой и полусухой очистки

В поток отработанных газов добавляется и диспергируется сухой порошок или суспензия/раствор щелочных реагентов. Материал реагирует с газообразными компонентами серы и формирует твердые частицы, которые удаляются фильтрацией (рукавными или электрофильтрами). Эффективности системы газоочистки повышается при использование реакционной колонны.

Техническое описание

Методы абсорбции, такие как скрубберы сухой очистки, используются для поглощения кислых газов и металлических или органических соединений. Зачастую в обоих случаях используются известь, гидроксид магния, известняк, окись цинка и глинозем. В других странах используются двух щелочные скрубберы. Для удаления металла (ртути) и органических веществ используется активированный уголь (или кокс), который в этом случае обычно более эффективен.

Абсорбция обеспечивается с помощью насадочного скруббера башенного типа или за счет введения реагента непосредственно в струю газа с последующим использованием реакционной колонны. После этой стадии для улавливания частично отработанного скрубберного материала чаще всего используются рукавные фильтры, которые также представляют собой дополнительную поверхность для дальнейшей абсорбции. Скрубберный материал можно несколько раз использовать повторно в системе скрубберов для максимального использования его абсорбционной способности. Глинозем и окись цинка затем используются в основном технологическом процессе. Фториды, абсорбированные глиноземом, отделяются с помощью электролиза.

Помимо скрубберов сухой очистки могут использоваться и полусухие системы. В этом случае пастообразная суспензия реагента (как правило, извести) подается в ректор вместе с потоком газа. Вода выпаривается, при условии, что температура газа достаточно высокая, а газообразные компоненты вступают в реакцию с частицами абсорбента. Отработанные частицы в последующем удаляются из газового потока. Сухие скрубберы зачастую менее эффективны, чем скрубберы полусухой или мокрой очистки, особенно при работе с менее химически активными газами, например SO₂. Эффективность абсорбции зависит от активности реагента, и поставщики извести нередко могут производить материалы под конкретные условия применения.

Когда эти процессы используются для удаления SO₂, они называются методами десульфуризации отходящих газов (МДГ). Они применяются для снижения содержания SO₂ в газах анодных печей и других источников слабо концентрированного диоксида серы, а также для очистки конечных газовых выбросов сернокислотной установки. При использовании скрубберов мокрой очистки образуется гипс, который при определенных условиях может быть продан.

К эффективным методам удаления низкоконцентрированного диоксида серы (менее 1 %) и других образующихся газов, таких как HF и HCl, относится правильное проектирование, подбор размера и монтаж специализированных установок. Скрубберы сухой очистки, использующие активированный уголь относятся, прежде всего, к методам извлечения органических веществ, таких как ПХДД/Ф, или ртути. В зависимости от области применения скрубберов должны использоваться следующие методы (один или несколько).

- Скрубберы сухой и полусухой очистки должны быть оборудованы соответствующими камерами смешивания и реакторами.

- Твердые частицы, образующиеся в ходе реакции, должны улавливаться рукавным фильтром или ЭФ.

- Частично отработанный агент, используемый в скруббере, может повторно использоваться в реакторе.

- Отработанный агент, используемый в скруббере, по возможности необходимо использовать в основном технологическом процессе. Например, это относится к глинозему и окиси цинка.

- Если образуются испарения, то скрубберы полусухой очистки должны быть оборудованы туманоотделителем.

Использованные источники информации: [94], [95], [42], [13], [41].

А.4.2.4 Системы использования отходящих газов

Помимо использования различных скрубберных систем, описанных выше, для удаления газообразных компонентов в цветной металлургии широко используются системы утилизации газов, присутствующих в технологических газовых потоках.

Техническое описание

HCl может абсорбироваться водой, а SO₂ и NO_x могут абсорбироваться водой или перекисью водорода.

Можно привести следующие примеры методов, используемых в цветной металлургии, для достижения закрытого цикла обращения некоторых материалов.

- Цикл соляной кислоты: в процессах, использующих растворение, где соляная кислота (HCl) применяется вместе с избыточными хлоридами. При испарении и улавливании в воде получается азеотропная кислота (в концентрации около 20 % от весу). Ее можно повторно использовать в различных стадиях технологического процесса.

- Цикл азотной кислоты: серебро и палладий зачастую растворяются в азотной кислоте (HNO₃). Существенное количество отходящих газов (NO и NO₂) улавливается с помощью кислорода или перекиси водорода в специальных каскадных скрубберах. Длительное время, необходимое для окисления небольшого количества NO и снижения абсорбции газа с помощью экзотермической реакции, приводит к возникновению ряда проблем. Поэтому необходимы системы охлаждения и несколько комбинированных скрубберов для получения заданных показателей и во избежание выделения из колонны коричневых испарений. Полученная из первого скруббера азотная кислота зачастую имеет концентрацию около 45 % и может быть использована повторно в нескольких процессах. Если постоянно наблюдаются повышенные концентрации NO_x, остаточные оксиды азота могут извлекаться с использованием катализаторов путем селективного или неселективного каталитического восстановления [96].

- Цикл хлора: хлор используется в процессах мокрой очистки для растворения металлов и в процессе хлорного отбеливания при повышенных температурах. В обоих случаях используются закрытые системы, например сифонные трубы с водой и герметичные электролитические ванны. Газообразный хлор можно либо улавливать, либо использовать для производства раствора гипохлорита. Гипохлорит также применяется в качестве окисляющего агента в скрубберных растворах, используемых в различных процессах очистки.

- Цикл хлорида аммония (нашатыря): относительно низкая растворяемость хлорида аммония (NH₄Cl) в выпаренных растворах при комнатной температуре делает возможным повторное использование кристаллов этой соли.

Использованные источники информации: [94], [95], [13].

А.4.2.5 Кислородно-топливное сжигание

Данный метод предусматривает замещение воздуха, подаваемого для поддержания горения, кислородом с последующим исключением/уменьшением термического образования NO_x из азота, поступающего в печь. Остаточное содержание азота в печи зависит от чистоты подаваемого кислорода, качества топлива и возможного попадания воздуха.

Техническое описание

В производственных процессах обычно используются высокие температуры, но они также связаны и с использованием кислорода. При этом снижается парциальное давление азота в пламени, а также уменьшается образование оксидов азота, если в очень горячих зонах нет больших количеств азота. По имеющимся данным типичные уровни выбросов оксидов азота при производстве вторичной меди составляют от 20 до 400 мг/м³ в зависимости от типа печи и режима работы. Для снижения образования NO_x при внедрении высокоэффективных процессов (например, Contimelt) на местах необходимо обеспечить требуемое соотношение потребления энергии и достигнутого значения концентрации в выбросах. В других печах, например печах для производства вторичного алюминия, в которых применяются кислородно-топливные горелки, также можно уменьшить образование NO_x до значений концентрации в диапазоне от 50 до 500 м³.

Использование чистого кислорода в горелке позволяет снизить парциальное давление азота в пламени и, соответственно, уменьшить термическое образование NO_x. При обогащении дутья кислородом в горелке или возле нее либо при значительном поступлении воздуха в печь более высокая температура газа может стать причиной увеличения термического образования NO_x. В этом случае можно добавить кислород в зону после горелки, чтобы уменьшить данный эффект и поддержать скорость плавления. В таблице А.3 приведены значения концентрации выбросов NO_x для некоторых процессов производства вторичной меди, используемых на ряде предприятий, расположенных на территории Евросоюза.

Таблица А.3 - Выбросы оксидов азота при некоторых технологических процессах [18], [97], [53], [276, French PCDD/F Report 2008]

Предприятие	Источник выбросов	Диапазон NO_x, мг/м³ в пересчете на NO₂	Примечание
Aurubis, Люнен, Германия Вторичная медь	Печь для выплавки медных анодов	100-350	Верхнее значение соответствует величине предельно допустимого выброса
Aurubis, Люнен, Германия Вторичная медь	Печь KRS	10-100	Кислородно-топливная
Brixlegg, Австрия Вторичная медь	Шахтная печь	21-300	Кислородно-топливная

Кислородно-топливное горение - это метод, который можно применить в большинстве используемых процессов горения и пирометаллургических процессов. Максимальная выгода от применения этого метода достигается на новых установках, когда топочную камеру и системы снижения выбросов можно также спроектировать на меньшие объемы газа. Этот метод можно также применять на существующих установках, которые во многих случаях можно модернизировать.

Использованные источники информации: [18], [97], [53], [98].

А.4.2.6 Методы удаления углеводородов и ЛОС

Технологии, используемые для удаления или разрушения ЛОС, предусматривают применение дожигающих устройств (см. А.4.2.1 и А.4.2.1), скрубберов мокрой очистки (см. А.4.2.2), скрубберов сухой очистки (см. А.4.2.3) биофильтров и биоскрубберов.

Биофильтр состоит из слоя органического материала, в котором загрязняющие вещества из отходящих газов подвергаются биологическому окислению природными микроорганизмами.

Биоскруббер сочетает мокрую очистку газов (абсорбцию) и биологическое разложение, вода для мокрой очистки содержит популяцию микроорганизмов, способных окислять вредные компоненты, содержащиеся в газах.

Техническое описание

Общие летучие органические соединения (ОЛОС) и летучие органические соединения (ЛОС) образуются вследствие неполного сгорания и во время разных операций, таких как хранение углеводородов, удаление CO и углеводородов, образовавшихся в ходе технологических операций, обезжиривания деталей, процессов извлечения растворителем, а также вследствие испарения из резервуаров для хранения растворителей и топлива. Вещества могут быть ароматическими, алифатическими, хлорорганическими или на водной основе. У них разная экологическая токсичность, и это необходимо учитывать, чтобы выбрать наименее опасный материал и определить правильную систему подавления выбросов для каждого конкретного объекта. Для предотвращения выбросов используются защитные оболочки, можно также использовать смесители/осадители для сведения к минимуму контакта с воздухом. Из отработанных газов необходимо извлекать и удалять пары растворителей и топлива.

При одновременном присутствии разных видов углеводородов используются сочетания доступных методов. Также используются биофильтры и реакторы [99]. Кроме того, используются газоуловители с активированным углем, системы с камерами охлаждения/конденсации, позволяющие улавливать материалы для вторичного использования. Например, в одном из технологических процессов для удаления паров растворителей воздух вентиляционной системы охлаждается, за счет чего обеспечивается снижение содержания растворителя до уровня 0,2 кг на т произведенного кобальта. Выбросы ЛОС могут образовываться при доставке растворителей и т.п. Для минимизации выбросов ЛОС используется деаэрация вытесненных газов.

По возможности следует использовать рекуперацию тепла.

Выбросы ЛОС могут образовываться в результате загрузки в печи материалов, загрызенных маслами. Выбросы ЛОС могут также происходить при обезжиривании или при извлечении веществ растворителем.

Использованные источники информации: [18], [100], [42], [45], [52], [13], [41], [101].

А.4.3 Методы сокращения выбросов диоксинов

В данном справочнике НДТ для диоксинов и фуранов используется общее сокращение ПХДД/Ф.

К числу рассматриваемых методов относятся как первичные методы (например, улучшение условий сгорания, удаление органических соединений из подаваемого сырья или модификация систем загрузки печей), так и методы "на конце трубы", то есть технологии очистки в конце производственного цикла (например, эффективная фильтрация пыли, введение активированного угля или применение дожигающих устройств).

Техническое описание

ПХДД/Ф образуются при реагировании газообразных фаз с хлорорганическими прекурсорами. Источники углерода есть повсюду, поэтому для образования ПХДД/Ф достаточно даже малых количеств хлора в сырье (30-300 промилле в обычных рудах и несколько промилле в металлах) или в топливе (например, промышленный кокс содержит примерно 0,05 весовых процента хлора). Среди процессов, тяготеющих к образованию ПХДД/Ф, можно назвать процессы горения, спекания руд, плавки металлов и, соответственно, пирометаллургические процессы. Первоначальный синтез основной части ПХДД/Ф происходит при прохождении охлаждаемого отходящего газа через температурный интервал примерно от 40 °C до 200 °C в присутствии углерода, хлора, кислорода и каталитически активного металла, например меди.

К основным источникам образования ПХДД/Ф в цветной металлургии относятся следующие [102]:

- производство вторичной меди, алюминия и свинца (очень загрязненные исходные материалы, содержащие хлористые и органические соединения, ненадлежащие рабочие условия или газоочистки);

- плавка и легирование металлов, в частности в присутствии меди и при нагреве газа в субстехиометрических условиях.

Незначительными источниками образования ПХДД/Ф являются:

- литейные цеха;

- производство вторичной меди (с использованием чистых исходных материалов, при оптимальной технологии работы и (или) очистке отходящих газов).

К малоизвестным источникам относятся:

- другие агломерационные процессы, поскольку они применяются для руд цветных металлов в относительно небольшом масштабе;

- источники, которые, скорее всего, являются пренебрежимо малыми, включают процессы с использованием хорошо продуманного и правильно применяемого метода теплового катализа или каталитической обработки продуктов сгорания или денитрификации, но без последующей рекуперации тепла.

Однако образование и объем выбросов ПХДД/Ф с отходящими газами зависит не только от используемого топлива и обрабатываемых материалов (например, металлов с каталитическими свойствами), но и, главным образом, от управления технологическим процессом (условий массопереноса), а также от параметров отходящих газов (например, температуры, продолжительности обработки в разных температурных интервалах, содержания SO₂). ПХДД/Ф также образуются в процессах производства металлов, предусматривающих хлорирование, например при электролитическом производстве магния из морской воды и доломита.

Цветная металлургия в больших объемах использует в качестве вторичного сырья металлолом, поставляемый ломоперерабатывающими предприятиями. Хотя и существуют согласованные сорта металлолома, содержащиеся в ломе примеси могут приводить к образованию ПХДД/Ф при неполном сгорании или вследствие первичного синтеза. Присутствие ПХДД/Ф в пыли электродуговых печей и присутствие полихлорированных бифенилов в ломе трансформаторов и других материалах формирует прямые источники ПХДД/Ф.

Присутствие масел и других органических материалов в металлоломе или иных источников углерода (в частично сгоревшем топливе и восстановителях, например в коксе) может стать причиной образования мелких частиц сажи, которые при реакции с неорганическими хлоридами или с органически связанным хлором в температурном интервале от 250 °C до 500 °C образуют ПХДД/Ф. Катализаторами данного процесса, известного как "синтез с нуля" (первичный синтез), являются такие металлы, как медь или железо. Предварительная сортировка или обработка сырья с целью минимизации содержания в нем прекурсоров или органических веществ является важной мерой предотвращения образования ПХДД/Ф.

Есть информация о том, что высокие уровни содержания SO₂ подавляют первичный синтез в установках для сжигания бытового мусора, в которых образование являющегося катализатором первичного синтеза CuCl₂ подавляется за счет образования CuSO₄[103]. Этот эффект можно попробовать применить в цветной металлургии, и он также может повлиять на последовательность удаления SO₂.

Хотя ПХДД/Ф и разрушаются при высоких температурах (выше 850 °C) в присутствии кислорода, процесс первичного синтеза все еще возможен, так как газы при охлаждении проходят через соответствующий температурный интервал. Этот интервал может быть характерен для систем очистки выбросов и зон охлаждения в печах, например в зоне загрузки исходных материалов. При проектировании систем охлаждения необходимо соблюдать осторожность и минимизировать продолжительность обработки в таком температурном интервале, чтобы предотвратить первичный синтез. В горячих газах должен присутствовать в достаточном количестве кислород, и для обеспечения полного сгорания можно вводить кислород. ПХДД/Ф легко поглощаются твердыми веществами и, соответственно, могут легко впитываться, например, пылью, твердыми веществами, осаждающимися в скрубберах, и пылью в фильтрах.

Ниже приведены возможные методы снижения выбросов ПХДД/Ф.

- Метод с применением активированного угля: активированный уголь, добавляемый в гашеную известь (или известь, двууглекислую соду и т.п.), зарекомендовал себя в качестве эффективного абсорбента на заводах по производству вторичного алюминия, где в качестве исходного материала используется сырье, содержащее металл с органическими примесями. Активированный уголь также используется в производстве первичной меди, где необходимо извлечение других металлов, мелкозернистый активированный уголь связывает ПХДД/Ф и затем удаляется рукавными или электростатическими фильтрами. Количество и состав добавок в значительной мере зависят от характеристик процесса, а также от происхождения и состава исходных материалов. Для снижения расхода абсорбентов полезным может быть полный или частичный возврат отфильтрованной пыли в процесс. Кроме того, потребность в адсорбенте необходимо отрегулировать в зависимости от выбросов завода. Для определения расхода сорбента и подбора оптимальных растворов их нужно отдельно тестировать для каждой применяемой технологии плавления.

- Условия сгорания: улучшение условий сгорания может предусматривать подачу обогащенного кислородом воздуха или чистого кислорода, улучшенное перемешивание кислорода с горючими веществами, а также повышение температуры горения или длительности обработки при высоких температурах.

- Сжигание продуктов горения или применение устройств дожигания: сжигание отходящих газов с последующим быстрым охлаждением горячего газа сводит к минимуму образование ПХДД/Ф. Также существуют системы каталитического окисления для разрушения ПХДД/Ф.

- Снижение содержания органических веществ: удаление органических загрязнителей (например, машинного масла, покрытий) из исходного материала также помогает снизить образование ПХДД/Ф.

- Подача кислорода в верхнюю зону печи: применяется в случае отсутствия места для установки дожигающего устройства. Существуют некоторые ограничения по достигаемой степени смешения газов, но общие результаты приемлемы.

- Модификация систем загрузки сырья в печи: были произведены изменения, позволяющие подавать сырье в полузакрытые печи небольшими, равными порциями. Эта мера позволяет уменьшить охлаждение печи во время загрузки, поддерживать повышенную температуру газа, оптимизировать процесс и предотвратить повторное образование ПХДД/Ф [30].

- Высокоэффективная система фильтрации, позволяющая удалять не только пыль, но и ПХДД/Ф. ПХДД/Ф могут поглощаться пылью, поэтому фильтрация является высокоэффективным методом их удаления. Есть информация, что существуют тканевые фильтры со специальным каталитическим слоем.

Использованные источники информации: [26], [18], [104], [53], [98], [105].

А.4.4 Методы сокращения выбросов диоксида серы

А.4.4.1 Применяемые процессы и методы

Можно провести различие между методами, применяемыми для сокращения выбросов SO₂ в отходящих газах с содержанием SO₂ менее 1 %, и в газах с более высоким содержанием SO₂.

Методы очистки газов с содержанием диоксида серы менее 1 %

1) Введение извести перед подачей очищаемых газов в рукавный фильтр.

2) Получение бисульфита натрия путем реакции низкоконцентрированных газов с сульфитом натрия и водой. Из полученного раствора может быть выделен концентрированный диоксид серы, а также получен жидкий диоксид серы и иные продукты, такие как сера (регенерационный процесс Веллмана-Лорда).

3) Скрубберная очистка поглощающим диоксид серы растворителем на основе амина или полиэфира; полученный промежуточный продукт затем подвергается десорбции и направляется на сернокислотную установку или удаляется за счет реакции с водой для получения серной кислоты или жидкого диоксида серы.

4) Получение серной кислоты окислением с помощью перекиси водорода.

5) Получение серной кислоты окислением с помощью активированного угля.

6) Десульфуризация отходящих газов в сухом или полусухом скруббере с применением извести, соды (NaHCO₃) или мокрого известкования и с получением гипса или иных продуктов десульфуризации. Данный метод широко используется на электростанциях.

7) Двойная щелочная очистка на скруббере с абсорбцией каустической содой и осаждением гипса.

8) Очистка в скруббере морской водой.

9) Абсорбция оксидом алюминия с осаждением гипса (процесс Дова).

10) Очистка на скруббере с помощью Mg(OH)₂ и с кристаллизацией сульфата магния.

11) Очистка на сухом или мокром скруббере с помощью оксида цинка с получением сульфида или сульфата цинка, который может перерабатываться на этапе цинкового выщелачивания.

Методы очистки с более высоким (> 1 %) содержанием диоксида серы

Диоксид серы образуется в более высоких концентрациях при спекании, обжиге и плавке широкого спектра сульфидных руд и концентратов. Производимые металлы - медь, никель, свинец, цинк, молибден и ряд комбинаций из нескольких металлов. Ниже приведено описание методов переработки газов с более высоким содержанием диоксида серы.

- Абсорбция диоксида серы в холодной воде (например, в холодной морской воде) с последующей вакуумной газоочисткой и получением жидкого диоксида серы. Данный процесс используется наряду с применением сернокислотной установки для извлечения не растворившегося диоксида серы. Целесообразность производства жидкого диоксида серы определяется наличием местного рынка для этого продукта.

- Производство серной кислоты. Хорошо отработанной химической технологией производства серной кислоты является процесс, основанный на получении диоксида серы при сжигании серы. Работающие на этом методе установки эффективны при постоянной высокой концентрации газа; в силу этого для них сокращается количество технологических ограничений.

Отходящие газы плавильной печи очищаются, охлаждаются и могут быть направлены на сушку, как показано на рисунке А.29 (см. также 4.4.11 [106]). Диоксид серы в газе затем конвертируется в триоксид серы с помощью контактного процесса, предусматривающего прохождение газа через слой катализатора пятиоксида ванадия. Иногда к катализатору добавляют оксид цезия, который повышает эффективность процесса, в особенности при низкой или непостоянной концентрации SO₂ или при низкой температуре. Конструкция установки должна предусматривать возможность эксплуатации при более низких температурах (в зависимости от эффективности теплообменных процессов). См. 4.4.4 [106]. Для повышения эффективности преобразования в одноконтактных установках и в двухконтактных/двухабсорбционных установках используются улучшенные катализаторы [106].

Рисунок А.29 - Типичная схема газоочистки для сернокислотной установки

В одноконтактных установках газ проходит через серию из трех или более слоев катализатора для получения высоких значений коэффициента нейтрализации. Получение триоксида серы является экзотермическим процессом, и, если содержание диоксида серы достаточно высоко для выработки значительного количества тепла, газ приходится охлаждать после каждого цикла. В случае низкого содержания диоксида серы после каждого цикла может оказаться необходимым подогрев. Полученный триоксид серы затем абсорбируется в 98 %-ной серной кислоте, которая далее разбавляется для получения серной кислоты.

Мокрый процесс получения серной кислоты основан на конденсации кислоты (а не на абсорбции), что особенно подходит для газов, содержащих от 1 % до 4 % SO₂. Значение коэффициента нейтрализации может доходить до 99 %.

Наличие триоксида серы препятствует процессу нейтрализации диоксида серы, поэтому для повышения эффективности нейтрализации диоксида серы при достаточно высоком его содержании в обрабатываемых газах чаще всего используется процесс двойного контактирования/двойной абсорбции. В этом случае триоксид серы абсорбируется в 98 %-ную серную кислоту после второго или третьего цикла, обеспечивая нейтрализацию больших объемов диоксида серы на последующих циклах процесса. Далее следует этап абсорбции триоксида серы. Применение процесса двойного контактирования/двойной абсорбции повышает эффективность удаления диоксида серы с 98 % до > 99,7 % [54]. Также сообщалось, что в случае, если конструкция установки допускает работу при более низких температурах (в зависимости от результативности работы теплообменника), значение этого показателя можно повысить до более чем 99,9 % с помощью катализатора с добавкой цезия [29]. При особых условиях значение коэффициента нейтрализации может доходить до 99,97 % [107]. Активность катализатора снижается в результате его старения, что может привести к сокращению значения коэффициента нейтрализации на 0,1 % за три года работы [106]. Схема процесса двойного контактирования/двойной абсорбции приведена на рисунке А.30.

Рисунок А.30 - Типичная сернокислотная установка двойной абсорбции

Нейтрализация с помощью двойного контактирования/двойной абсорбции сложная и дорогая, но можно использовать установку однократного контактирования с десульфуризацией конечного газа для достижения более низких значений остаточных концентраций SO₂. Для внешних продаж может производиться гипс или, как вариант, сульфит (или сульфат) цинка, который может использоваться на этапе выщелачивания цинка. Эти варианты способствуют энергосбережению и снижению образования производственных отходов, но затраты следует сравнивать с затратами на нейтрализацию с учетом местных условий. Если рынок гипса отсутствует, нужно учитывать расходы на захоронение гипса.

Для защиты катализатора и производства чистой кислоты перед применением контактного метода важна очистка от пыли. Это сокращает концентрации в производимой кислоте большинства металлов, например цинка, до приемлемых уровней и предотвращает загрязнение катализатора. Предварительная обработка газового потока, как правило, предусматривает несколько этапов в зависимости от присутствующих загрязняющих веществ. Этапы очистки могут включать охлаждение с рекуперацией тепла, высокотемпературный электрофильтр, скруббер для удаления ртути и т.д. и мокрый электрофильтр. Получаемая на этапе газоочистки слабо концентрированная кислота обычно содержит от 1 % до 50 % H₂SO₄. В ней также присутствуют галогениды в виде HCl (10-5000 ) и HF (10-1000 , включая H₂SiF₆). Кислота может также содержать такие металлы, как медь, цинк и железо (до 2500 каждого металла), ртуть (до 1900 ) и свинец (до 50 ). Мышьяк может присутствовать на уровне до 10 000 . В зависимости от состава шихты, подаваемой на плавку, в кислоте могут также присутствовать и иные элементы, такие как алюминий, никель, хром, кадмий, висмут, сурьма и проч. Слабоконцентрированная кислота будет также насыщена SO₂ (как правило, от 2000 до 5000 в зависимости от концентрации SO₂). Такая кислота может расщепляться, а газы, направляемые на сернокислотную установку, могут нейтрализоваться для получения гипса с целью продажи или обрабатываться и утилизироваться, а также использоваться в ряде процессов, например при выщелачивании.

В процессе производства серной кислоты до этапа контактирования удаляются вся остаточная пыль и все металлы, чтобы они не попадали в получаемую кислоту. Удаление пыли и металлов перед процессом контактирования (см. рисунок А.30) означает, что эти компоненты остаются в выбрасываемых в воздух газах в незначительных количествах [18]. В дымовую трубу в составе конечного газа могут также выбрасываться кислотные испарения, и при необходимости для очистки от этих испарений может применяться свечной фильтр или мокрый скруббер. Сообщается, что при высоком содержании в очищаемых газах фтористых соединений снижается эффективность очистки паров в свечных фильтрах [13] (см. также [106]).

Любые оксиды азота, присутствующие в газах, перерабатываемых на сернокислотных установках, абсорбируются в получаемую кислоту. При их высокой концентрации получается бурая кислота, что может быть неприемлемо для потенциального клиента. Отсюда возникает проблема с возможной продажей. Для обесцвечивания бурой (из-за присутствия органических соединений) серной кислоты может использоваться перекись водорода.

Управление процессом на основании измерения уровня SO₂ в отходящих газах приводит к замедленной реакции. В цветной металлургии в качестве параметра управления процессом можно брать уровень кислорода, однако при этом управление режимами сернокислотной установки сложнее, чем при сжигании серы [18].

В [55] также приводится описание технологий удаления диоксида серы из отходящих газов печей для плавки цветных металлов (в дополнение к технологиям, описанным в [106]).

А.4.4.2 Двухконтактные/двухабсорбционные сернокислотные установки, работающие при изменяющихся характеристиках обрабатываемых газов

В рамках этого процесса содержащийся в газе диоксид серы преобразуется в триокись серы при прохождении через слой катализатора - пятиокиси ванадия. Иногда в катализатор добавляется оксид цезия, который повышает эксплуатационные характеристики, особенно при низкой концентрации SO₂ или при низкой температуре. Используются установки с одинарным и двойным контактированием/двойной абсорбцией; последние применяются чаще.

Двухконтактная/двухабсорбционная сернокислотная установка включает газоочистную и промывочную секции и четырехслойную контактную установку. В ней используется современный катализатор с добавлением оксида цезия.

Подробные данные об этом типе установок приведены в [55].

А.4.4.3 Модернизированные сернокислотные установки, перерабатывающие газы с низкими исходными концентрациями SO₂, образующиеся при производстве цветных металлов

Для обработки отходящих газов печи взвешенной плавки и конвертирования Outotec используется двухконтактная/двухабсорбционная сернокислотная установка при концентрации SO₂ в подаваемом на вход установки газе 30 % - 40 %. В установке применяются четыре слоя и предусмотрена промежуточная абсорбция после третьего слоя. Имеется современный катализатор, система рекуперации тепла в виде пара после прохождения первого контакта.

На других установках данного типа в Европе используются пятислойные контрактные аппараты. Достигнуто значительное снижение концентрации SO₂ (в среднегодовом исчислении с 60 до 150 мг/м³ SO₂ в остаточном газе) до очистки остаточного газа на скруббере. Ряд европейских предприятий сообщает, что их нагрузка ниже расчетной производительности.

Подробные данные об этом типе установок приведены в [55].

А.4.4.4 Производство жидкого диоксида серы из высококонцентрированных газов

Диоксид серы поглощается холодной водой (например, холодной морской водой), затем производятся извлечение газа в вакууме и рекуперация в виде жидкого диоксида серы. Данные процессы используются на сернокислотных установках для извлечения нерастворенного сернистого газа. Возможность производства жидкого диоксида серы зависит от наличия местного рынка. Схема процесса производства жидкого диоксида серы приведена на рисунке А.31. Жидкий диоксид серы также производится с использованием криогенного процесса.

Рисунок А.31 - Схема процесса производства жидкого диоксида серы

А.4.4.5 Использование десульфуризации для низкоконцентрированных отходящих газов

Применение скрубберов сухой и полусухой очистки (см. А.4.2.3) для удаления SO₂ известно как общий метод десульфуризации отходящих газов (МДГ).

Одним из наиболее распространенных методов МДГ является вдувание извести.

По имеющейся информации, в некоторых случаях (например, в вельц-печах или печах ISF с использованием вельц-оксидов) применяется другая система МДГ, включающая скруббер, абсорбер и систему обеспечения контакта газа с циркулирующей суспензией извести. В прямоточном скруббере производятся охлаждение, увлажнение и частичная десульфуризация газов. За скруббером установлена противоточная абсорбционная колонна для снижения конечной концентрации SO₂ до уровня ниже требуемого.

Газы, содержащие сернистый газ, проходят обработку на МДГ установке, в которой в качестве сорбента для SO₂ применяется суспензия карбоната кальция (известь < 40 мкм) для производства чистого гипса. Газы охлаждаются, затем из них в тканевом фильтре удаляется пыль, после чего они поступают в систему десульфуризации. После десульфуризации газы направляются в двухступенчатый каплеуловитель и затем выбрасываются в трубу. Из суспензии на выходе процесса МДГ извлекается гипс, поступающий затем на продажу.

В данном случае циркулирующая суспензия извести откачивается из отдельных резервуаров, оборудованных механическими перемешивателями; резервуар скруббера также оборудован системой аэрации. Размер резервуаров подобран так, чтобы весь поглощенный SO₂ прореагировал с суспензией CaCO₃, все сернистые соединения окислились до сульфатов, и образовался крупнокристаллический осадок синтезированного гипса CaSO₄ 2H₂O. Для улучшения окисления сульфитов до сульфатов в резервуар скруббера через пневмогидравлический аэратор подается сжатый воздух. Содержащий сульфат кальция (гипс) прореагировавший шлам с первой ступени абсорбции направляется в систему фильтрации. После дегидратации в фильтрующем прессе гипс выгружается в контейнер для хранения, расположенный под прессом, откуда он транспортируется на склад, а затем поступает на продажу.

Эти процессы применимы для новых установок. При использовании существующего газоочистного оборудования с рукавными фильтрами, предназначенными для удаления технологической пыли, его можно применить для улавливания гипса, если это позволяет пропускная способность фильтра. Когда фильтр уже используется, возможно прямое вдувание, если это позволяют температура, содержание влаги и время контактирования. Существующей фильтровальной установки может оказаться недостаточно, поскольку количество пыли резко возрастает, соответственно, может потребоваться его замена.

Система МДГ, используемая в установках вельц-печей и печах ISF с применением вельц-оксидов, применима для всех процессов, в которых содержание SO₂ на входе процесса МДГ составляет 2-15 г/м³ (примерно 0,05-0,5 %) при условии, что существует рынок для производимого гипса.

Использованные источники информации: [108].

А.4.4.6 Абсорбция/десорбция с использованием растворителя на полиэфирной основе для извлечения серы из слабо концентрированных газов (< 1 %)

Для минимизации атмосферных выбросов SO₂ как от топлива, так и от рудных концентратов и для рекуперации энергии в виде тепла и окиси углерода используется электростанция в сочетании с одноконтактной сернокислотной установкой и процессом рекуперацией сернистого газа.

Для отходящих газов шахтных печей для плавки меди характерны относительно высокая концентрация окиси углерода (около 10 %) и технологическое тепло. Соответственно, отходящие газы являются ценным источником энергии, но при этом они также содержат SO₂. Газы направляются на местные электростанции для использования в качестве дополнительного топлива и рекуперации тепла. Таким образом, отходящие газы на электростанции содержат SO₂, как из печных газов, так и из топливных, и поэтому подвергаются дальнейшей очистке на абсорбционно-десорбционной установке с использованием полиэфирных материалов, который используется в процесс абсорбции/десорбции для получения газа с повышенной концентрацией SO₂.

Этот газ преобразуется в серную кислоту на одноконтактной установке. Концентрация SO₂ в отработанных газах на выходе данного процесса перед выпуском в атмосферу составляет менее 200-600 мг/м³[56].

Отходящие газы из плавильной печи после конвертирования содержат SO₂ в концентрации от 5 % до 12 %. Они очищаются и смешиваются с концентрированным газом с абсорбционно-десорбционной установки на полиэфирных материалах, концентрация SO₂ в них доводится до 12 %, после чего они направляются на сернокислотную установку. Данная установка производит серную кислоту и отходящие газы, содержащие SO₂ в концентрации 6-8 г/м³, которые направляются в абсорбционно-десорбционную установку на полиэфирных материалах для рекуперации.

Использованные источники информации: [56].

А.4.5 Методы сокращения выбросов ртути

Ртуть быстро испаряется при температурах, используемых в большинстве процессов систем газоочистки, соответственно, для ее удаления могут потребоваться другие технологии [22], [109].

В случае удаления ртути перед подачей газа на сернокислотную установку в производимой кислоте будет присутствовать остаточная ртуть. По принятым в ЕС техническим требованиям на продукцию ее содержание в норме должно быть < 0,1 до 0,5 промилле, что эквивалентно содержанию 0,02 мг/м³ в очищенном газе. По имеющейся информации, все нижеперечисленные процессы обеспечивают достижение этого уровня.

- Процесс Boliden-Norzink: данный процесс основан на применении мокрого скруббера, в котором используется реакция дихлорида ртути (сулемы) с ртутью, в результате которой образуется хлорид ртути (каломель), выпадающий из жидкости в осадок. Этот процесс используется после этапа промывки и охлаждения на установке для получения кислоты, чтобы газ не содержал пыли и SO₃, а его температура была примерно 30 °C. Газ очищается в колонне с наполнителем и раствором HgCl₂. Он реагирует с металлической ртутью в газе и выпадает в осадок в виде каломели (Hg₂Cl₂). Каломель извлекается из циркулирующего промывного раствора и частично регенерируется газообразным хлором до HgCl₂, который затем возвращается на стадию промывки. Полученный ртутный продукт либо используется для производства ртути, либо отправляется на склад. Хлорид ртути является очень ядовитым веществом, при работе по данной технологии необходимо соблюдать особые меры предосторожности.

- Процесс Bolchem: данный процесс реализуется в установке для получения кислоты, как и процесс Boliden-Norzink, но для извлечения используется 99 % серная кислота. Кислота поступает из абсорбционной секции сернокислотной установки и вступает в реакцию окисления с ртутью при температуре окружающей среды. Полученная кислота, содержащая ртуть, разводится до 80 %, и ртуть осаждается в виде сульфида с тиосульфатом. После отфильтровывания сульфида ртути кислоту возвращают в абсорбционную секцию. То есть кислота в данном процессе не расходуется.

- Процесс Outotec: в данном процессе ртуть удаляется перед этапом промывки на сернокислотной установке. Газ температурой около 350 °C пропускается через колонну с наполнителем, где он промывается в противоточном режиме 90 % серной кислотой при температуре примерно 190 °C. Кислота образуется на месте из содержащегося в газе SO₃. Ртуть осаждается в виде соединения хлорида селена. Затем ртутный шлам извлекается из охлажденной кислоты, отфильтровывается, промывается и направляется в производство металлической ртути. Часть кислоты возвращается в скруббер. В другом варианте данного процесса извлечение ртути из газов осуществляется путем промывки раствором с ионами селена, и вместе с металлическим селеном производится селенид ртути.

- Процесс с использованием тиоцианата натрия: данный процесс используется в печах для обжига цинковых концентратов. Газообразный SO₂ промывается раствором тиоцианата натрия и ртуть извлекается в виде сульфида. Тиоцианат натрия регенерируется с помощью реакции, формула которой приведена ниже:

- Фильтр с активированным углем (процесс Lurgi): при данном методе для удаления паров ртути из газового потока используется адсорбционный фильтр с активированным углем.

Наибольшее распространение получили описанные выше технологии Boliden-Norzink и Outotec, но сообщается и об использовании других процессов [22], [110].

- Селеновый скруббер: при данном методе также используется мокрый скруббер, в котором происходит реакция аморфного селена в серной кислоте с ртутью для удаления паров ртути высоких концентраций.

- Селеновый фильтр: процесс, основанный на применении сухого скруббера, в котором используется реакция аморфного селена с ртутью для образования селенида ртути.

- Процесс с использованием сульфида свинца: сухой скруббер, в котором для удаления ртути из газового потока используются шарики сульфида свинца.

- Процесс Tinfos/Miltec: это процесс очистки от ртути, основанный на окислении ртути в отходящих газах при помощи гипохлорита натрия. После окисления в промывной колонне ртуть осаждается в виде сульфида ртути HgS за счет добавления двунатриевого сульфида. Сульфид ртути удаляется из процесса в фильтр-прессе. Ртутьсодержащий шлам подвергается обработке как опасный вид отходов и утилизируется на герметизированном полигоне для захоронения отходов. Выбросы ртути снижаются примерно на 94 %. Установка Tinfos по очистке от ртути подробно описана в отчете Infacon 9 [42].

- Процесс очистки от ртути компании Lurgi: установка Lurgi для удаления ртути состоит из электростатического фильтра для удаления остаточной пыли и смол, подогревателя газа, абсорбера с наполнителем, тягодутьевого устройства для контроля газового потока, проходящего через установку, и оборудования для комплексного анализа газа на основе продувки азотом с целью поддержания низких уровней содержания кислорода в газе. Нагреватель необходим для подогрева газов до оптимальной температуры 60 °C - 85 °C; пониженная температура газа обеспечивает меньшие скорости реакции и меньшую конденсацию влаги в наполнителе, более высокие температур могут привести к вымыванию серы из абсорбента. Компания Eramet запустила в эксплуатацию установку для удаления ртути в 2001 году и сообщает, что с тех пор она работает бесперебойно. Объем газового потока, проходящего через блок, составляет около 15 000 м³/ч.

Эффективность поглощения. После завершения пускового периода установка улавливает 94 % всей ртути из неочищенных газов. Наполнитель абсорбера заменяется примерно один раз в восемь месяцев и утилизируется безопасным способом. Сообщается только о следах содержания ртути в воде из скруббера [42].

- Процесс Boliden-Contech: в наполнителе используются шарики, покрытые селеном. Данный метод можно рассматривать как работоспособный, но опыт применения ограничен производством ферросплавов в скандинавских странах.

- Процесс Dowa: ртуть адсорбируется на пемзу, покрытую сульфидом свинца.

Существует еще два процесса для снижения содержания ртути в серной кислоте, получаемой при производстве цветных металлов, но они применяются скорее из-за необходимости повысить качество кислоты, а не в связи с влиянием на окружающую среду:

- Ионообменный процесс Superlig: в данном процессе для удаления ртути из произведенной кислоты используется ионный обмен; он позволяет достигать значений концентрации ртути < 0,5 промилле.

- Добавка в кислоту йодида калия: его концентрация при температуре 0 °C должна быть не менее 93 %. В результате реакции осаждается йодид ртути HgI₂.

Если общий процесс производства цветного металла не предусматривает сернокислотной установки, для снижения выбросов обычно используются такие методы, как выбор сырья, вдувание активированного угля и (или) других адсорбентов перед подачей потока очищаемых газов на рукавный фильтр (описаны в А.4.2.3). Содержание ртути в исходном материале, а также технологические циклы могут быть причиной больших или меньших колебаний ее содержания в выбросах.

Цель применения систем удаления ртути до подачи очищаемых газов на сернокислотную установку - снизить содержание ртути в этих газах, чтобы гарантировать производство серной кислоты хорошего качества. Однако системы удаления ртути можно также применять для снижения выбросов ртути перед выбросом конечных газов в трубу.

Использованные источники информации: [42], [22], [109], [111], [25], [13], [112].

А.5 Водопотребление и водоотведение

А.5.1 Методы, интегрированные в производственные процессы

Технологии и методы повторного использования воды успешно используются в цветной металлургии для минимизации образования жидких стоков, которые подлежат сбросу в составе сточных вод. Снижение объемов стоков также иногда оказывается экономически выгодным, так как при снижении объема сбрасываемой сточной воды снижается объем отбора пресной воды из природных водных объектов. Это снижение также положительно влияет на межсредовые эффекты.

Техническое описание

В таблицах А.4 и А.5 приведены этапы технологических процессов производства меди, на которых широко используется оборотное водоснабжение.

Оборотное водоснабжение и повторное использование воды - это меры, интегрированные в технологические процессы. Оборотное водоснабжение предусматривает возврат жидкости в процесс, в котором она была получена. Повторное использование - это применение воды для другой цели, например, можно использовать поверхностные стоки для охлаждения.

Таблица А.4 - Обзор источников сточных вод и методов минимизации и очистки стоков при производстве меди

Источник сточных вод	Методы минимизации стоков	Методы очистки стоков
Непрямое охлаждение печей	Применение замкнутых систем охлаждения. Контроль систем с целью обнаружения утечек	Применение добавок с малым потенциальным влиянием на окружающую среду
Прямое охлаждение при литье	Осаждение или другие виды обработки. Замкнутая система охлаждения	Отстаивание. Осаждение, при необходимости.
Грануляция шлака	Повторное применение в замкнутой системе	Отстаивание. Осаждение, при необходимости.
Электролиз	Замкнутые системы. Электрохимическое извлечение металлов из электролита.	Отстаивание и осаждение
Системы очистки (частичный сброс оборотной воды) с помощью влажных ЭФ и скрубберов	Очистка сбрасываемой воды. Повторное использование слабой кислоты, если это возможно	Отстаивание. Осаждение, при необходимости.
Поверхностные стоки	Уборка дворов и дорог. Надлежащее хранение сырья	Отстаивание. Осаждение, при необходимости. Фильтрация

Таблица А.5 - Примеры оборотного водоснабжения и повторного использования сточных вод при производстве меди

Источник сточных вод	Производство первичной меди	Производство вторичной меди
Грануляция шлака	X
Контроль загрязнения влажного воздуха	X
Стоки после промывки газа из обжиговых печей	X	-
Охлаждающая вода	X
Вода после промывки анодов и катодов	X
Использованный электролит	X

Обычно в системе оборотного водоснабжения используются базовые методы очистки или периодически сбрасывается около 10 % циркулирующей жидкости, чтобы предотвратить накопление в циркуляционной системе взвешенных твердых частиц, металлов и солей. Например, вода для охлаждения обычно возвращается в процесс через систему рециркуляции, как показано ниже на рисунке А.32. Важно также учитывать необходимость применения биоцидов.

Рисунок А.32 - Пример рециркуляции охлаждающей воды

После обработки очищенную воду можно также использовать для охлаждения, увлажнения и в других процессах. Соли, содержащиеся в очищенной воде, при повторном ее использовании могут создать определенные проблемы, например, в результате осаждении кальция в теплообменниках. Также необходимо принимать во внимание риск распространения в теплой воде бактерии легионеллы. Данные проблемы могут значительно ограничить повторное использование воды.

При наличии больших количеств воды, например, на предприятиях, расположенных в прибрежной зоне, можно использовать проточные системы охлаждения при условии пренебрежимо малого воздействия на окружающую среду. Кроме того, в этом случае необходимо изучить влияние на морскую среду в зоне забора воды для проточной системы охлаждения. Такое исследование должно проводиться в каждом конкретном случае, поскольку необходимо сбалансировать затраты на энергопотребление при заборе и охлаждении воды.

Оборотное водоснабжение и повторное использование воды могут быть ограничены из-за электролитной проводимости.

Проблемой является и объем сбрасываемой воды, поскольку на некоторых установках в оборотных системах водоснабжения используется много воды. Согласно информации [55], один из медеплавильных заводов сообщил о ежедневном сбросе 3 000 м³, другие подобные заводы, не использующие оборотные системы водоснабжения, сбрасывают более 100 000 м³/день. Существенным фактором, который необходимо учитывать при оценке воздействия сбросов, является масса содержащихся в них загрязняющих веществ [34].

В целом применение систем оборотного водоснабжения и повторного использования воды может быть связано со следующими межсредовыми эффектами:

- использование энергии;

- использование добавок, например, осаждающих агентов или биоцидов, при подготовке охлаждающей воды;

- шум от градирен;

- нагрев атмосферы от воды;

- возможное распространение бактерии легионеллы в замкнутых системах при температурах от 25 °C до 60 °C.

Использованные источники информации: [56].

А.5.2 Методы очистки сточных вод

Любая вода, не подлежащая вторичной переработке или повторному использованию, должна проходить очистку для минимизации концентрации загрязняющих веществ, таких как металлы, кислотообразующие вещества и твердые частицы в конечных стоках, сбрасываемых в природные водные объекты. В целях снижения концентрации загрязняющих воду веществ можно использовать методы очистки, применяемые "на конце трубы", например, химическое осаждение, отстаивание или флотацию и фильтрацию. Как правило, эти методы применяются совместно на конечной или центральной установке водоочистки. Также можно попробовать осаждать металлы до того, как технологические стоки будут перемешаны с другими сточными водами.

Выбор наиболее подходящего метода очистки или сочетания различных методов очистки осуществляется исключительно индивидуально, учитывая специфические факторы, характерные для каждого объекта. Для определения оптимального способа минимизации объемов конечных стоков и концентрации в них загрязняющих веществ необходимо принимать во внимание следующие наиболее важные факторы:

- процесс, являющийся источником стоков;

- объем воды;

- загрязняющие вещества и их концентрации;

- возможности внутреннего повторного использования;

- доступность водных ресурсов.

При выборе используемых методов необходимо учитывать специфику производственных процессов, а нередко еще и объем, а также скорость водного потока в природном водном объекте - приемнике стоков. При снижении объема сбросов, что сохраняет повышенные значения концентрации, потребуются меньшие энергозатраты для их очистки. Очистка высококонцентрированных сточных вод приведет к повышенным значениям концентрации и в конечных стоках, но при большей кратности уменьшения, чем в случае менее концентрированных потоков, и при увеличении объемов удаляемых загрязняющих веществ.

Поскольку методы очистки стоков широко применяются в производстве меди, как и в целом на предприятиях цветной металлургии и других отраслей производства, в настоящем разделе приведены общие сведения о них. Соответственно сходны у этих процессов и основные характеристики, рассматриваемые в качестве критериев при определении НДТ.

К числу достигаемых экологических выгод относится сокращение сбросов сточных вод в природные водные объекты и снижение водопотребления в целом.

Стимулы к внедрению:

- сокращение сбросов загрызенных стоков в природные водные объекты;

- снижение водопотребления;

- эффективная очистка сточных вод и возможность производства товарных продуктов

Возможные межсредовые эффекты от использования этих методов в целом характеризуются следующим образом:

- увеличение энергопотребления;

- применение добавок;

- образование отходов, подлежащих утилизации.

Данные об экологической результативности и эксплуатационных характеристиках тех или иных методов, их применимости приводятся, где это возможно, в описании процессов, реализуемых на конкретных предприятиях в разделе 4.

А.5.2.1 Химическое осаждение

Данный метод состоит в добавлении реагентов, таких как известь, едкий натр, сернистый натрий, или сочетания реагентов в целях корректировки значения pH и повышения интенсивности осаждения растворимых металлов.

Техническое описание

Химическое осаждение используется главным образом для удаления из стоков растворимых ионов металлов. Растворимые металлы можно осадить из сточных вод путем корректировки значения pH. В стоки добавляется реагент, например известь, гидроксид натрия, сульфид натрия или комбинация реагентов, что приводит к образованию нерастворимых соединений с металлом в виде осадка. Эти нерастворимые соединения могут быть удалены из воды путем фильтрации и седиментации. Добавление коагулянта или флокулянта способствует формированию более крупных хлопьев, которые легче отделить, и часто используется для повышения производительности системы очистки. По крайней мере, один из заводов использует биологический процесс для получения сероводорода применимого для осаждения металлов в форме сульфидов.

Для удаления из стоков таких металлов, как железо, свинец, цинка, хром, марганец и т.д., обычно используется осаждение. Гидроксиды металлов, как правило, нерастворимы, поэтому для их осаждения широко используется известь.

Аналогично сульфиды металлов также нерастворимы, и в щелочной среде используются такие реагенты, как сернистый натрий, гидросульфид натрия и тримеркаптосульфотриазин (ТМС). Биологический способ также применяется при получении H₂S с помощью сульфатвосстанавливающих бактерий, при этом газ переносится на стадию осаждения газом-носителем. Осаждение сульфидов может в результате обеспечить более низкие значения концентрации определенных металлов в очищенных стоках в зависимости от значения pH и температуры, а сульфиды металлов могут быть возвращены на этап плавки. Можно также эффективно удалять такие металлы, как селен и молибден.

Растворы сульфата цинка очищаются на стадии биологической очистки с помощью водорода, обеспечивающего поступление электронов, который получается путем преобразования природного газа и пара. Сульфид цинка производится с интенсивностью 10 т в сутки и далее возвращается в плавильную печь.

В некоторых случаях осаждение смеси металлов может осуществляться в два этапа: сначала посредством гидроксида, а затем с помощью сульфидного осаждения. В целях удаления избыточных сульфидов после осаждения возможно добавление сульфата железа.

Для того чтобы максимально повысить эффективность удаления металлов, процесс очистки следует проводить при различных значениях pH и использовать различные реактивы. Выбор реактива и значение pH - это факторы, играющие основную роль при осаждении металлов. Необходимо также учитывать, что растворимость зависит и от температуры.

Другим важным фактором является валентное состояние металла в воде. Например, в случае хрома его шестивалентная форма, хромат, значительно лучше растворяется, чем трехвалентная форма. В этой ситуации, чтобы удалить хром путем осаждения, хромат необходимо восстановить, как правило, с помощью SO₂ при низком значении pH.

Пятивалентный мышьяк, As (V), восстанавливается до As (III) через реакцию с сульфид-ионами, хотя может образоваться некоторое количество As₂S₅. Восстановление As (V) зависит от температуры и протекает достаточно медленно (по крайней мере, при значениях температуры ниже 50 °C - 60 °C). Трехвалентный мышьяк, As (III), выпадает в осадок в виде As₂S₃ с сульфидом при pH менее 4-5. Осажденное соединение As₂S₃ необходимо отделять от воды при значениях pH ниже 4-5. При росте pH и наличии As₂S₃ существует риск возвращения мышьяка в раствор.

В цветной металлургии остаточные металлы можно эффективно удалять из стоков путем добавления железистых солей. Мышьяк удаляется в виде арсената кальция или арсената железа посредством осаждения. Также возможно осаждение арсенитов, однако они в целом лучше растворяются и менее стабильны, чем арсенаты. Сток, который содержит арсенит, как правило, окисляется перед осаждением, чтобы обеспечить преобладание арсената. Технологические стоки после обработки содержащего мышьяк сырья могут включать различное количество оксианионов As (III) и (V), арсенитов и арсенатов. Присутствие ионов таких металлов, как медь, свинец, никель и цинк, сдерживает растворимость мышьяка из-за образования умеренно растворимых арсенатов металлов [113].

Устойчивость и растворимость этих арсенатов зависят от отношения железа к мышьяку. Чем выше отношение, тем менее растворимым и более устойчивым является осадок. Несмотря на то, что арсенат железа относительно растворим, основные арсенаты, молярное отношение железа к мышьяку которых составляет восемь или более, являются на порядок менее растворимыми при pH в пределах от 2 до 8.

Осаждение нерастворимых арсенатов железа сопровождается осаждением других металлов, таких как селен, что подразумевает взаимодействие между различными видами металлов и осадком гидроксида железа. Благодаря этому железистые соли являются эффективным средством удаления микропримесей. Мышьяк осаждается в виде соединений Fe-As при добавлении сульфата железа (Fe₂(SO₄)₃). Если значение pH составляет 6 или менее, то мышьяк можно удалить полностью. Существует трудность с одновременным осаждением никеля и мышьяка, поэтому обработку необходимо проводить в два этапа.

Зависимость pH от осаждения As, по сравнению с оптимальными условиями для осаждения других металлов (Ni, Cu и т.д.) означает, что существуют различные оптимальные значения pH, и невозможно добиться минимального содержания каждого металла в рамках одного процесса.

Последний аспект заключается в возможном образовании комплексных ионов, которые в целом более растворимы. Это явление характерно для сточных вод, которые, помимо металлов, содержат аммиак, хлориды, фториды или цианиды.

На многих установках, где удаляются металлы, одной из главных проблем для достижения необходимых предельных значений стоков является коллоидное состояние осажденных металлов. Оно может возникнуть в результате некачественной нейтрализации и флокуляции. Для улучшения состояния осаждаемого металла можно использовать различные флокулянты и коагулянты, и поставщики таких материалов способны проводить испытания на осадках и указывать правильный коагулянт.

Эффективность очистки сточных вод с помощью химического осаждения главным образом зависит от следующих факторов:

- выбор химического осадителя;

- количество добавляемого осадителя;

- эффективность удаления осаждаемого металла;

- поддержание правильного значения pH в течение всего процесса очистки;

- использование железистых солей для удаления определенных металлов;

- использование флоккулирующих или коагулирующих реагентов;

- колебание состава сточных вод и наличие комплексообразующих ионов.

Чтобы обеспечить максимальную эффективность удаления металлов, наиболее важным фактором является выбор осадителей. Существуют примеры, демонстрирующие, что использование реагентов на основе сульфидов может обеспечивать достижение более низких концентраций некоторых металлов. Правильное значение pH в течение всего процесса очистки стоков также имеет первостепенную важность, поскольку некоторые соли металлов нерастворимы только в очень небольшом диапазоне значений pH. За пределами этого диапазона эффективность удаления металла стремительно снижается, например, при высоких значениях pH цинк образует растворимый анион - цинкат.

Состав стоков меняется в зависимости от качества концентрата/сырья и состава последующих отходящих газов, которые прошли очистку во влажных системах. Кроме того, различные источники дозированной подачи материалов или погодные условия, способствующие образованию ливневых стоков, повышают разнообразие потоков сточных вод. Часто для оптимизации эксплуатационных характеристик требуется адаптация технологических параметров.

Использованные источники информации: [94], [114], [115], [18], [107], [116], [117], [118], [113], [56].

А.5.2.2 Переработка слабых кислот и слабокислых технологических стоков

Очистка стоков, содержащих слабые кислоты, поступающие с сернокислотной установки, или различные кислые промывочные воды, с помощью извести и сульфата железа.

Техническое описание

Схема процесса представлена на рисунке А.33.

Рисунок А.33 - Схема процесса очистки слабокислых стоков

Таблица А.6 - Результативность переработки слабокислых стоков

Параметр	Значения	Единицы измерения
Условия на входе
Поток	35	м³/ч
Состав:
H₂SO₄	60	г/л
Cu	2 10015	мг/л
Hg	2200
As	2600
Pb	7
Ni	110
Cd
Взвешенные твердые частицы	200
Сточные воды (¹)
Поток	31,2	м³/ч
pH	9,5	-
Cu	0,1-0,5	мг/л
Hg	0,05
As	0,05-0,2
Pb	0,1-0,5
Ni	0,1-0,5
Cd	0,01-0,2
Гипсовый шлам
Количество
Состав, в т. ч.:	40-50	%
влага	30-35
CaSO₄	1
As	1
Cu	1-2
Fe	0,01
Hg	1
Pb	< 0,1
Ni	< 0,1
Cd
(¹) Расчетные данные, учитывающие изменения в стоке. Указаны среднесуточные значения концентрации металлов, полученные на основании квалифицированных случайных проб или суточных проб, пропорциональных расходу.
Источник - [56].

Производимый гипс содержит более 96 % CaSO₄ 2H₂O.

Использованные источники информации: [56].

А.5.2.3 Биологическая очистка

Техническое описание

На некоторых предприятиях цветной металлургии для получения сульфид-ионов используется биологический процесс. Слабая кислота, образующаяся при мокрой газоочистке, имеет высокую концентрацию сульфатов (10-25 мг/л). Сульфаты восстанавливаются до сульфид-ионов с помощью газообразного водорода и сульфато-восстанавливающих бактерий в установке биологической очистки сточных вод:

Водород производится из природного газа и пара в установке реформинга. Цинк и другие металлы вступают в реакцию с S^2- и осаждаются в виде сульфида металла:

После такой обработки значения концентрации сульфатов и металлов по-прежнему остаются слишком высокими для прямого сброса, и вода проходит еще один этап очистки вместе с другими производственными и поверхностными стоками. Здесь также используются сульфато-восстанавливающие бактерии для осаждения металлов в виде сульфидов, однако в этом случае в качестве донора электронов используется этанол, а не водород [107].

Сульфиды металлов и суспензия биомассы используются вторично в качестве концентрата на этапе обжига.

Содержание металлов в стоках при таком биологическом процессе сходно с содержанием металлов в воде, полученной после наиболее эффективной очистки сточных вод на основе добавления неорганических сульфидов (NaHS, Na₂S), главным образом потому, что химическая основа обоих процессов, по сути, одинакова (низкая растворимость сульфидов металлов). Данный биологический процесс оказывает положительное воздействие, поскольку снижается содержание сульфатов в очищенной воде.

Метод применим для обработки слабых кислот, когда отсутствуют другие варианты восстановления, а также стоков процесса "обжиг - выщелачивание - электроэкстракция" при их смешивании с загрязненными грунтовыми водами.

По сравнению с добавлением неорганических сульфидов инвестиционные и эксплуатационные расходы существенно выше.

Использованные источники информации: [116].

А.5.2.4 Отстаивание и флотация

Отстаивание представляет собой метод выделения из жидкости твердых частиц, при котором для выделения нерастворимых комплексов металлов и твердых частиц из жидких стоков используется сила тяжести.

Для выделения крупных хлопьевидных осадков или плавающих частиц, например частиц пластика, из стоков путем выноса их на поверхность суспензии используются методы флотации.

Техническое описание

Отстаивание может осуществляться в разного рода отстойниках, например отстойных бассейнах, прудах или специализированных отстойных емкостях (сгустителях, осветлителях) с устройствами удаления шлама в нижней части емкости. Распространены отстойники прямоугольной, квадратной или круглой формы. Шлам, который удаляется на этапе отстаивания, может обезвоживаться, например, с помощью вакуумного фильтр-пресса. Образующийся фильтрат может быть направлен на вход процесса очистки стоков или на тот технологический этап, где он был образован, в зависимости от технологии очистки. Отстаивание может использоваться для выделения твердых частиц из сточных вод, которые использовались для грануляции шлака или производства корольков металла.

Флотация может служить альтернативой отстаиванию. Флотация может достигаться с помощью растворенного воздуха. Воздух растворяется во взвешенной среде под давлением и покидает раствор при сбросе давления в виде крошечных пузырьков воздуха, прикрепленных к взвешенным частицам. В результате частицы всплывают на поверхность, и затем хлопьевидные осадки можно легко снять с поверхности жидкости.

А.5.2.5 Фильтрация

Фильтрация представляет собой отделение твердых частиц от сточных вод, проходящих через проницаемую среду. Наиболее распространенной фильтрующей средой является песок.

Техническое описание

Как правило, методы фильтрации используются для выделения из жидкости твердых частиц и в качестве последнего этапа осветления в процессе очистки сточных вод. Установка фильтрации обычно располагается между этапами отстаивания и заключительного контроля для удаления твердых частиц, оставшихся после предыдущего этапа очистки. Фильтрация может выполняться в самых различных фильтрующих системах в зависимости от характера твердых частиц, которые необходимо удалить.

Обычная фильтрующая установка состоит из слоя фильтрующего материала или материалов, через который проходят жидкие стоки. Тонкие частицы, которые не могут пройти через наполнитель фильтра, образуют фильтрационный кек, который необходимо непрерывно или периодически удалять, например, путем обратной промывки, чтобы исключить существенное снижение давления. При сохранении существенного перепада давления сточные воды подаются на фильтрацию самотеком.

Песчаные фильтры предназначены для механического удаления взвешенных твердых частиц или полутвердых материалов, например осадков или гидроксидов металлов. Очистка сточных вод с помощью песчаной фильтрации осуществляется благодаря комбинации эффектов фильтрации, химической сорбции и ассимиляции. Песчаные фильтры иногда действуют в качестве сосуда под давлением, заполненного слоями песка, зернистость которого повышается в зависимости от глубины. Изначально фильтрационный кек может обеспечивать повышение эффективности фильтрации, особенно в отношении мелких частиц. По истечении некоторого времени фильтрующий песчаный слой необходимо подвергать обратной промывке. Песчаные фильтры часто применяются для доочистки воды, сбрасываемой из замкнутого цикла, или стоков, которые предполагается использовать в качестве технологической воды.

Схема устройства песчаного фильтра приведена на рисунке А.34.

Рисунок А.34 - Схема песчаного фильтра

Чтобы добиться желаемого результата, для очень мелких частиц используется гиперфильтрация, или обратный осмос. Гиперфильтрация предусматривает прохождение частиц молекулярной массой приблизительно от 100 до 500 мкм, тогда как ультрафильтрация используется для частиц размером от 500 до 100 000 мкм.

Ультрафильтрация является простым и эффективным методом очистки сточных вод, однако обладает высокой энергоемкостью. Стоки контактируют с ультрафильтрационной мембраной. Эта мембрана, имеющая очень мелкие поры, пропускает молекулярные частицы, такие как вода, и препятствует проникновению более крупных молекулярных частиц. При использовании мембран очень тонкой очистки можно даже отфильтровывать столь мелкие частицы, как ионы металлов. В результате мембранной фильтрации образуются чистый ультрафильтрат и концентрат, который может потребовать дальнейшей очистки.

Использованные источники информации: [63].

А.5.2.6 Электролиз

Прохождение постоянного электрического тока через ионизированное вещество, приводящее к возникновению химической реакции на электродах. Ионизированное вещество либо расплавлено, либо растворено в подходящем растворителе.

Техническое описание

Методы электролиза используются для извлечения из технологических стоков таких металлов, как медь, драгоценные металлы, хром, марганец, кадмий и т.д. Поскольку концентрации металлов в стоках, как правило, невысоки, электролиз наиболее эффективен для обработки технологических стоков до того, как они разбавляются другими сточными водами. Для повышения эффективности можно использовать специальные электроды, например электроды в псевдоожиженном слое или трехмерные электроды. Максимальная эффективность электролизера достигается, когда плотность тока меняется с концентрацией растворенного вещества, и перенос массы происходит при плотности тока, близкой к своему предельному значению. Другими словами, у катода всегда должен быть свежий приток ионов для восстановления.

В качестве очень успешной альтернативы электрохимическим методам используются методы извлечения металлов путем их окисления в стоках с целью дальнейшей переработки. Одним из примеров является очистка стоков, содержащих хром (III). Хром в основном используется в качестве окисляющего вещества, когда он находится в состоянии окисления (VI). Побочным продуктом окисления является хром (III), который, как правило, удаляется вместе с отходами. Анодное окисление стока, содержащего хром (III), используется для регенерации хрома (VI), который может быть использован повторно.

Для восстановления более благородных металлов также можно использовать разницу в относительном положении в ряду электродных потенциалов или окислительно-восстановительный потенциал элементов путем контроля тока и напряжения в электролизере. Кроме того, данные свойства можно использовать при цементации, когда, например, медь можно осаждать добавлением железа.

Еще одним методом электрохимической очистки является электродиализ. Ячейка электродиализа состоит из двух электродов, разделенных ионообменной мембраной. Данная технология имеет достаточно простое теоретическое обоснование. Катионы под влиянием электродного потенциала переносятся через катионообменную мембрану, где они меняются на менее токсичные катионы (например, кадмий меняется на натрий). Цель данного метода заключается в сочетании преимуществ ионного обмена с преимуществами электрохимической очистки.

Использованные источники информации: [119], [46].

А.5.2.7 Обратный осмос

Это мембранный процесс, при котором разность давлений между камерами, разделенными мембраной, приводит к перетеканию воды из более концентрированного в менее концентрированный раствор.

Техническое описание

Обратный осмос широко используется для удаления растворенных металлов, особенно в гальваническом производстве. Осмос - это естественная диффузия растворителя, например воды, возникающая по причине разных концентраций двух растворов, разделенных мембраной. Растворитель течет в том направлении, в котором уменьшается концентрация более концентрированного раствора. При обратном осмосе прикладывается сила, чтобы развернуть направление потока растворителя. Требуется давление, которое должно превышать осмотическое давление. Типичные данные по проницаемости мембраны обратного осмоса для ионов представлены в таблице А.7. Иногда обратный осмос используется для извлечения ценных металлов на производстве, где производится гальванопокрытие металлов.

Таблица А.7 - Типичная проницаемость мембраны обратного осмоса для ионов [56]

Ионы	Проницаемость, %	Отклонение, %
Аммоний	8	92
Натрий	5	95
Калий	5	95
Марганец	3	97
Стронций	3	97
Кальций	2	98
Нитрат	15	85
Метасиликат	10	90
Хлорид	5	95
Фторид	5	95
Бикарбонат	5	95
Сульфат	3	97
Фосфат	1	99

Этот метод в цветной металлургии применим только для отдельных видов стоков.

Использованные источники информации: [114].

А.5.2.8 Ионный обмен

Процесс ионного обмена, как правило, проходит в колонне, которая наполнена гранулами ионообменной смолы. Обмен начинается с верха колонны и затем проходит через нее, чтобы поддерживать равновесное состояние процесса обмена.

Техническое описание

Ионный обмен иногда используется в качестве заключительного этапа очистки при удалении металлов из технологических стоков. С помощью ионного обмена нежелательные ионы металлов могут быть удалены из стоков вод путем их переноса на твердую матрицу при одновременной отдаче равного количества других ионов, хранящихся на скелете ионообменника. Процесс ионного обмена обычно используется, когда значения концентрация металлов составляют менее 500 мг/л.

Емкость ионообменника ограничена количеством ионов, хранящихся на скелете. Поэтому необходимо проводить регенерацию ионообменника с помощью соляной кислоты или каустической соды. В некоторых случаях, например при удалении селена или рения из отходящих газов печи для обжига молибденита, ионообменники периодически заменяются, чтобы извлечь металлы силами самого завода или на специализированном предприятии.

С помощью некоторых специальных ионообменников можно удалять из сточных вод определенные металлы. Такой избирательный процесс ионного обмена гораздо более эффективен при удалении из стоков токсических металлов. Кроме того, колонна может обеспечивать очень высокий уровень очистки и способна эффективно работать в случае смешанных стоков.

А.5.2.9 Фильтрация активированным углем

Это процесс фильтрации, в котором в качестве фильтрующей среды используется активированный уголь.

Техническое описание

Активированный уголь, высокопористое углеродное вещество, обычно используется для удаления органических материалов из сточных вод; однако также предусматриваются варианты применения, связанные с удалением ртути и драгоценных металлов. Как правило, такие фильтры используются в виде нескольких загрузок или патронов, чтобы проскок материалов через один фильтр задерживался вторым. Затем отработанный фильтр заменяется и становится вторичным фильтром. Эта операция зависит от наличия надлежащего метода определения проскоков через фильтры.

Использованные источники информации: [63].

Таблица А.8 содержит сведения о преимуществах и недостатках наиболее распространенных методов очистки сточных вод.

Таблица А.8 - Общая характеристика преимуществ и недостатков общераспространенных методов очистки сточных вод

Метод очистки

Преимущества

Недостатки

Осаждение

Дешевый и простой метод.

Длительный опыт успешного применения.

Не требует больших затрат на новой установке.

Возможность очистки от загрязнения самыми разнообразными металлами загрязнения, особенно если используется двухэтапное осаждение с помощью гидроксида, а затем - сульфидных реагентов.

При правильных условиях может обеспечивать превосходное удаление металлов.

Специальные осаждающие реагенты доступны на рынке.

Возможность абсорбционного осаждения.

Осадки зачастую можно снова использовать в качестве сырья.

Возможны трудности при очистке кислых стоков.

Не избирателен: образующийся шлам представляет собой коктейль из большого количества воды и смеси токсичных и нетоксичных металлов.

Стоимость утилизации шлама может быть высокой.

Наличие других солей, органических комплексообразующих веществ и растворителей может существенно снизить эффективность осаждения.

Не всегда пригоден для извлечения металлов в низкой концентрации.

Некоторые гидроксиды не поддаются эффективному осаждению.

Отстаивание

Дешевый и простой метод.

Длительный опыт успешного применения.

Могут удаляться только твердые частицы.

При наличии частиц, плотность которых мало отличается от плотности воды, отстаивание занимает длительное время, и требуются крупно объемные отстойники.

Фильтрация

Дешевый и простой метод.

Длительный опыт успешного применения.

Фильтрация, например с помощью песчаных фильтров, лучше всего действует при извлечении известных твердых веществ.

Могут удаляться только твердые частицы.

Эффективность фильтрации снижается, если частицы очень маленькие.

Эффективность фильтрации снижается при повышении скорости.

Флотация

Дешевый и простой метод.

Длительный опыт успешного применения.

Может удалять только комплексы твердых частиц, которые способны плавать.

Сначала необходимо растворить воздух в воде под давлением для дальнейшего распространения.

Ультрафильтрация

Простой метод.

Из сточных вод могут быть удалены очень мелкие частицы, даже молекулы.

Мембраны очень тонкой очистки также отфильтровывают растворенные вещества, аналогичные по размеру ионам металлов.

Практически нулевые сбросы твердых частиц.

Ограниченные объемы потока и скорость фильтрации.

В случае агрессивных стоков мембраны могут быстро разлагаться.

Нет разделения металлов.

Старые мембраны могут протекать.

Мембраны могут легко загрязняться.

Электролиз

Может использоваться для извлечения и переработки металлов.

Может использоваться для одноэтапной очистки стоков с высокой концентрацией металлов (около 2 г/л).

Технология в основном общедоступна.

Проверен и испытан, имеет хорошую репутацию на гальванических производствах.

Может использоваться для одновременного удаления еще и органических загрязнителей.

Может использоваться в периодическом или непрерывном режиме.

Трудно достичь уровня очистки выше одной промилле.

Дорогостоящее обслуживание и эксплуатация неэффективных электролизеров.

Электролиз не избирателен.

Требуется постоянный контроль.

Плохо справляется со стоками нестабильного содержания и большого объема.

Электродиализ

Может использоваться для извлечения и переработки металлов.

Может быть избирательным.

Уже опробован на обессоливающих и гальванических производствах

Способен обеспечивать уровень очистки менее чем в одну миллионную часть.

Имеет те же недостатки, что и методы ионного обмена (например, загрязнение мембраны).

Требуется постоянный контроль.

Плохо справляется со стоками нестабильного содержания и большого объема.

Обратный осмос

Практически нулевые сбросы.

Доступны коммерческие варианты.

Может использоваться для переработки металлов

Может использоваться в непрерывном или периодическом режиме.

Может использоваться в широком диапазоне значений концентрации металлов.

Может использоваться для удаления из стоков органики.

Действенность не сильно зависит от концентрации в стоках неагрессивных загрязнителей.

Ограниченный объем потока и скорость фильтрации.

В случае агрессивных стоков мембраны могут быстро разлагаться.

Нет разделения металлов.

Старые мембраны могут протекать.

Мембраны могут легко загрязняться.

Требуется регулярный контроль и замена мембран.

Специализированное и дорогое оборудование.

Используется высокое давление.

Ограничение на минимальный объем потока около 200 л/мин.

Образуются концентрированные стоки, требующие дополнительной очистки.

Ионный обмен

Относительно недорогой.

Доступны коммерческие варианты.

Опробован и испытан в промышленности (например, удаление и извлечение рения и селена).

Способен обеспечивать уровень очистки в одну миллиардную часть (избирательный ионный обмен способен обеспечивать уровень в одну триллионную часть).

Может легко использоваться в сочетании в другими методами (например, осаждение) в рамках комплексной системы водоочистки.

Может быть избирателен к металлам.

Может применяться ко многим типам потоков: переменным, непрерывным, относительно большого объема.

Избирательный ионный обмен уже использовался в некоторых случаях, например для очистки стоков ядерной промышленности.

Не может осуществлять очистку от металлов в большой концентрации.

Матрица легко загрязняется твердыми частицами и некоторыми органическими веществами.

Традиционный ионный обмен неизобретателен.

Отработанные обменники обычно необходимо утилизировать в качестве токсичных отходов.

Матрицы могут со временем разлагаться.

Результативность зависят от значения pH стока.

Для стоков большого объема требуются очень большие ионообменные колонны.

Селективный ионный обмен пока не получил широкого промышленного применения.

Регенерация колонн селективного ионного обмена занимает много времени.

Может потребоваться длительный контакт со стоками.

Активированный уголь

Может использоваться для решения разнообразных задач (например, удаление из стоков ртути или ПХДД/Ф).

Может добавляться после коагуляции или отстаивания в качестве слоя в песчаных фильтрах.

Технология существует, и оборудование доступно для приобретения.

Дороговизна активированного угля.

Активированный уголь может стать питательной средой для микроорганизмов.

В результате нагрева угольного сырья при производстве активированного угля образуются значительные выбросы SO₂.

<< Раздел 8. Производственный экологический контроль		Приложение >> Б (обязательное). Перечни маркерных веществ и технологических показателей
	Содержание Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям ИТС 3-2019 "Производство меди" (утв. приказом...

Приложение А (обязательное). Основные процессы и технологическое оборудование

Откройте актуальную версию документа прямо сейчас