Раздел 3. Текущие уровни эмиссий и потребления ресурсов

Раздел 3. Текущие уровни эмиссий и потребления ресурсов

Главными экологическими проблемами медной промышленности являются загрязнение воздуха и воды. Медеплавильные производства обычно располагают собственными мощностями по водоподготовке и замкнутыми водооборотными циклами. Большая часть побочных продуктов и отходов поступает на вторичную переработку.

Из-за потенциальной опасности ряда твердых отходов и жидких стоков, если они хранятся и обращаются с нарушением установленных требований, имеется существенный риск загрязнения почвы.

3.1 Потребление энергии при производстве меди

Производство меди требует значительных энергозатрат на большинстве этапов технологического процесса, при этом они наиболее существенны при использовании электролитических процессов [22]. Существенную роль играет использование энергоемкости концентрата, поэтому печи автогенной плавки потребляют меньше энергии.

По данным справочника ЕС [50], диапазон (общего) потребления электроэнергии для ряда технологических процессов с применением медного концентрата составляет от 14 до 20 ГДж на тонну катодной меди. Точное значение данной величины зависит в основном от состава концентрата (процентное содержание серы и железа). Свое влияние также оказывают такие факторы, как тип используемой плавильной печи, уровень обогащения кислородом, а также сбор и использование технологического тепла. Поэтому сравнительные данные, основанные только на типе плавильного агрегата, могут иметь некоторые неточности. Существенную роль играет использование энергоемкости концентрата, поэтому печи, достигающие автогенного режима, потребляют меньше энергии.

Повышение энергоэффективности и сокращение внешнего потребления топлива также достигается за счет применения методов рекуперации отработанного тепла. Горячий отходящий газ, полученный в плавильной печи или конвертере, направляется в котел-утилизатор. В котле газ охлаждают путем генерации пара. Пар может быть использован на той же установке, например, для сушки концентрата (при прямой сушке с помощью парового змеевика тратится 150-180 кг пара на тонну концентрата), на других технологических установках или же на муниципальных энергоустановках для производства электроэнергии и (или) тепла.

Количество электроэнергии, потребляемой на этапе электрорафинирования меди, по имеющимся данным составляет 300-400 кВт/ч на тонну меди, но в действительности, при использовании анодов с высоким содержанием примесей, это значение может быть значительно выше [23]. Основное влияние на эффективность работы цеха электролиза меди оказывает тип используемой катодной основы (стальная или медная) [19], причем значения эффективности находятся в пределах от 92 % до 97 %.

3.2 Эмиссии и потребление ресурсов

3.2.1 Входные и выходные материальные потоки при выплавке первичной меди

Входные и выходные материальные потоки при выплавке первичной меди зависят от содержания меди в концентрате, концентрации других металлов (As, Se, Hg, Ag, Au и т.д.), а также от использования медного лома или других медьсодержащих материалов на различных этапах технологического процесса.

На рисунке 3.1 представлена схема входных и возможных выходных материальных потоков для стандартного технологического процесса производства первичной меди, а на рисунке 3.2 показана принципиальная схема системы газоочистки. По данным схемам производится переработка медного минерального сырья на предприятиях УГМК и РМК.

Рисунок 3.1 - Схема общих входных и выходных материальных потоков при выплавке первичной меди [18]

Рисунок 3.2 - Схема очистка отходящих газов плавильной печи и конвертера [18]

Если в концентрате низкое содержание серы и высокое содержание органических примесей, отходящие газы со стадии обжига/плавки направляются на электростанцию для рекуперации содержащейся в них энергии, а затем на полусухой скруббер для улавливания серы.

Некоторые печи первичной выплавки меди интегрированы с объектами вторичной выплавки или с производством пыли оксида свинца или цинка из смешанного концентрата и т.п. В подобных случаях сравнение данных о входных и выходных материальных потоках весьма затруднено. Значения для комплексного процесса представлены ниже в таблице 3.1. Следует отметить, что основное влияние на значение показателей входных и выходных материальных потоков оказывает содержание меди в концентрате, а также в ином используемом сырье, что приводит к отклонениям от заданных параметров, поэтому проведение сравнений не дает особых результатов. Выход меди при выплавке и огневом рафинировании в этом смысле важнее и составляет более 96 %.

Таблица 3.1 - Пример данных о входных и выходных материальных потоках для первичного производства меди [26], [18]

Входные материалы	Количество, т/год	Продукция	Количество, т/год
Медные концентраты	1 040 000	Медные катоды	366 000
Медный лом	65 000	Медные соли	НД
Измельченный электронный лом	3 600	Сульфат никеля	НД
Промежуточные продукты для внешнего потребления	56 000	Драгоценные металлы	960
		Очищенный свинец	17 000
		Серная кислота	1 018 000
		Шлаки	690 000
НД - нет данных.

3.2.2 Входные и выходные материальные потоки при выплавке вторичной меди

Как указано выше, вторичное сырье может подаваться на различных этапах технологии производства вторичного продукта в зависимости от чистоты, присутствия в сырье других металлов и от уровня загрязнения поверхности [33]. Степень органического загрязнения влияет на состав возможных выбросов, и на некоторых стадиях технологического процесса в зависимости от степени органического загрязнения используются камеры дожигания для разрушения органических компонентов. На рисунках 3.3 и 3.4 представлены общие схемы входных и выходных материальных потоков при выплавке вторичной меди.

Рисунок 3.3 - Общая схема входных и выходных материальных потоков при выплавке вторичной меди [18]

Рисунок 3.4 - Пример схемы по входным и выходным материальным потокам для площадки по выплавке вторичной меди, включая процесс восстановления олова/свинца [18]

Большое количество отходов перерабатывается как в рамках данной технологии, так и в рамках других связанных с нею процессов. Производители цветных металлов, к примеру, свинца, цинка и олова, используют большое количество отходов в качестве сырья для своих технологических процессов [33]. Некоторые площадки внедрили внутренние технологии восстановления других металлов из этих остатков.

3.2.3 Выбросы в атмосферу

В атмосферу могут выбрасываться пыль, соединения металлов, органический углерод (что может привести к образованию ПХДД/Ф) и диоксид серы [26]. Потенциальные источники и возможные выбросы в атмосферу перечислены в таблице 3.2. Ниже в данном подразделе они рассматриваются более подробно.

Таблица 3.2 - Значимость возможных выбросов в атмосферу при производстве меди

Источник выбросов	Пыль и металлические соединения	ПХДД/Ф	Органический углерод	Соединения серы
Обработка материалов	**	НП	НП	НП
Хранение сырья	***	НП	НП	НП
Сушка	***	*	*	*
Переработка скрапа	**	*** (вторичн.)	* (вторичн.)	*
Плавка	***	*** (вторичн.)	* (вторичн.)	*** (переработка на регенерационной установке)
Выдержка	*	НП	НП	НП
Конвертирование	**	* (вторичн.)	* (вторичн.)	*** (переработка на регенерационной установке)
Очистка	**	* (вторичн.)	* (вторичн.)	*
Плавка/литье	* (** для сплавов)	* (вторичн.)	* (вторичн.) + CO	НП
Ковшовая транспортировка	***	НП	НП	*
Электролиз	НП	НП	НП	НП
Переработка шлака	**	НП	* CO (из электропечи)	*
*** - наиболее значимые; * - наименее значимые. НП - неприменимо.

Оксиды азота относительно менее значимы [51], но могут поглощаться серной кислотой, образующейся в рамках первичного процесса; обогащение кислородом иногда сокращает образование оксидов азота за счет термической реакции. Это зависит от момента подачи кислорода; иногда более высокая концентрация оксидов азота получается в результате увеличения температуры. При этом объем газа и его общее количество меньше. В эти случаях можно использовать горелки с уменьшенным образованием NO_x.

В зоне сгорания и в зоне охлаждения системы очистки отходящих газов возможно образование ПХДД/Ф. Для уменьшения вредного воздействия на окружающую среду эти выбросы необходимо всячески сокращать. Соответственно отходящие газы улавливаются в источнике их образования и направляются на устройство очистки (например, система улавливания, оборудованная пылеулавливателем и скруббером) [33].

Выбросы выводятся либо через вытяжную шахту, либо в виде неорганизованных диффузных выбросов в зависимости от используемых систем очистки и качества технического обслуживания установки. Выбросы через вытяжную шахту обычно контролируются, непрерывно или периодически.

3.2.3.1 Монооксид углерода (угарный газ)

Помимо вышеуказанных выбросов в процессе плавки с применением печей, в которых необходимо поддерживать восстановительную атмосферу, могут образовываться значительные концентрации угарного газа. Это происходит, в первую очередь, при плавке высококачественной меди в шахтных печах, сопровождающейся литьем в формы или производством катанки, так как выпуск такого рода продукции требует контроля уровня кислорода для достижения максимальной электрической проводимости меди. Таким образом, процесс протекает в восстановительных условиях, и содержание окиси углерода, стандартный показатель для которой составляет около 5 000 мг/нм³, в отходящих газах может увеличиться. Для минимизации содержания CO и поддержания качества продукции могут также использоваться системы контроля горелок. Можно установить систему сигнализации в зависимости от уровня CO. Стандартный уровень CO при плавке в шахтной печи во время производства катанки или заготовок составляет от 2000 до 11 000 г на тонну меди [34]. На некоторых установках для удаления углеводородов из газа, образующегося при обработке скрапа, покрытого органическим материалом, используется дожигание. При этом угарный газ также разрушается, а выбросы согласно полученным данным составляют  45 г на тонну меди [26].

Возможно спрогнозировать значения приземной концентрации CO и использовать эти данные при определении влияния угарного газа на качество окружающего воздуха, так что необходимость дальнейшего снижения концентрации может оцениваться локально. Устранение CO методом сжигания печных газов с таким же уровнем содержания CO потребует дополнительного топлива, таким образом, выбросы CO₂ увеличатся в геометрической прогрессии.

Угарный газ также образуется при работе печи очистки шлака и при работе доменной печи, а также в некоторых случаях содержится в отходящих газах. Для удаления CO можно использовать дожигание при стандартных концентрациях в диапазоне от 10 до 200 мг/нм³. Существует, по крайней мере, один пример подачи кислорода в верхнюю часть доменной печи, расположенную над зоной реакции, вследствие чего в корпусе печи освобождается зона дожигания. Этот метод также позволяет разрушать органические соединения, такие как ПХДД/Ф. Электрические печи, используемые при очистке шлака и для восстановительных процессов, обычно работают с дожиганием либо непосредственно в самой печи, либо в специальной реакционной камере.

3.2.3.2 Пыль и соединения металлов

Эти виды выбросов могут возникать на большинстве этапов технологического процесса. Методы сокращения выбросов, возникающих на этапах обработки, хранения, сушки и переработки, представлены в разделе 2 и должны применяться для предотвращения и минимизации выбросов.

Прямые и неорганизованные выбросы пыли на этапах плавки, конвертирования и рафинирования могут быть значительными. Эти выбросы также имеют большое значение, поскольку на соответствующих технологических этапах предусмотрено удаление из меди летучих металлов, таких как цинк и свинец, a также небольшого количества мышьяка и кадмия, а указанные металлы содержатся в отходящих газах и частично в пыли.

Комплексы плавки первичного сырья обычно достаточно герметичны, что позволяет минимизировать неорганизованные выбросы пыли. Для этого проводится качественное техническое обслуживание печей и отводящих каналов, а улавливаемые газы до передачи на сернокислотную установку обрабатываются системами пылеудаления.

При эксплуатации печей, используемых для вторичной плавки, образуются значительные объемы неорганизованных выбросов, особенно при загрузке материалов и выпуске металла. При работе с вторичными печами шихта загружается через закрытую систему загрузки; неорганизованные выбросы образуются в летке печи и выпускном желобе, улавливаются с помощью специальных вытяжных зонтов и направляются в систему газоочистки. Собранные газы обычно охлаждаются, после чего из них с помощью электростатических и рукавных фильтров удаляется пыль. При этом обычно достигается высокая эффективность фильтрации [52], [50].

Вследствие дозированного поступления материалов на этапах конвертирования и огневого рафинирования, а также на этапе плавки далеко не всегда обеспечивается необходимый уровень герметичности. Подача и транспортировка штейна, шлака и металла в таком режиме предполагают образование значительных объемов неорганизованных выбросов. При использовании ковшовой системы транспортировки может снижаться эффективность улавливания газа вытяжными зонтами, особенно при использовании конвертеров Питера - Смита или других подобных конвертеров. Для улавливания или снижения выбросов, образующихся при загрузке или выпуске металла из печи, конвертеры либо закрываются, либо оборудуются вытяжными зонтами вторичного улавливания (см. Раздел 2). Отходящий газ из зоны укрытия или вытяжного зонта подвергается очистке. Метод очистки зависит от содержания SO₂. Газы, образующиеся при конвертировании штейна, имеют большую концентрацию SO₂, при этом в любом случае необходимо удалить оксиды металлов (мышьяка, свинца и т.д.). Подача флюса и других материалов "через зонт" может минимизировать "открытие" конвертера и тем самым сократить время отсоединения конвертера от системы улавливания первичных газов. Выпуск штейна более высокого качества предполагает уменьшение количество загрузок из ковша и, таким образом, сокращает образование неорганизованных выбросов газа. Снижение неорганизованных или неулавливаемых выбросов очень важно. Решение этого вопроса зависит от эффективности улавливания первичных, а иногда и вторичных газов.

Этапы розлива и плавки при производстве катанки, заготовок и т.д. также представляют собой потенциальные источники выброса в атмосферу пыли и металлов. Производство медных сплавов, таких как латунь, приводит к образованию на этапе розлива опасных газов (ZnO), поэтому в данном случае также необходимо обеспечить эффективное улавливание. Содержание пыли обычно невысоко, при этом по возможности следует применять восстановление тепла/энергии. Обычно используются эффективные системы улавливания газов и рукавные фильтры [34].

Выбросы металлов значительно зависят от состава пыли, образующейся в рамках применяемых технологических процессов. Состав может быть очень разным и зависит от технологического процесса, являющегося источником пыли, и от характера перерабатываемого сырья. Например, пыль, образующаяся в конвертере для плавки скрапа, полностью отличается от пыли с конвертера штейна, при этом состав пыли изменяется в зависимости от этапов технологического процесса (загрузка, продувка, отливка, дразнение и т.д.). В таблице 3.3 представлено (по данным справочника ЕС) процентное соотношение металлов, содержащихся в пыли, образующейся на разных стадиях технологического процесса производства меди, и соответствующие диапазоны этих величин по данным измерений.

Таблица 3.3 - Основные составляющие пыли, образующейся при реализации технологических процессов производства меди [50]

Компонент	Пыль с ЭФ печи при плавке концентрата на штейн	Пыль шахтной печи	Пыль конвертера	Пыль с ЭФ конвертера штейна	Пыль электрической печи очистки шлака	Пыль анодной печи
Pb %	0,1-5	5-50	5-30	2-25	2-15	2-20
Zn %	0,1-10	20-60	25-70	5-70	25-60	5-40
Sn %	01-1	0,2-5	1-20	0,1-4
Cu %	5-30	2-12	2-15	10-25	0,5-2,5	15-25
As %	01-4					0,5-10
Ni %	01-1	0,1-1		0,1-1
НП - неприменимо.

3.2.3.3 Летучие органические соединения

Органические соединения могут выбрасываться в атмосферу при первичном производстве на этапе сушки в зависимости от используемых для переработки руды и материалов, а также применяемого при сушке топлива. Наиболее значимыми источниками сырья для вторичного производства являются материалы, полученные на этапе переработки скрапа, плавки и рафинирования. Этап конвертирования вторичной меди также является потенциальным источником выбросов, если в конвертер догружается скрап, загрязненный органическими материалами, и при этом не обеспечивается их полное сгорание. В первую очередь это относится к неорганизованным выбросам. Летучие органические соединения могут выбрасываться в атмосферу, если в качестве сырья используются маслянистые материалы. Их количество может достигать от 5 до 100 г на тонну меди или от 1 до 10 мг/нм³[53]. Летучие органические соединения могут также образовываться при обезжиривании или экстракции растворителем.

3.2.3.4 ПХДД/Ф

Среди выбрасываемых органических соединений могут находиться ПХДД/Ф, образующиеся при неполном сжигании содержащегося в сырье масла и пластика, а также в результате первичного синтеза, в случае если газы охлаждались не достаточно быстро. Может применяться очистка скрапа, проводимая для удаления органических загрязнителей, но чаще для переработки образующихся газов применяются дожигание и последующее быстрое охлаждение. В тех случаях, когда провести дожигание газов невозможно, можно провести их окисление путем добавления кислорода поверх зоны плавки. Также можно предварительно установить присутствие органического загрязнения вторичного сырья для подбора наиболее соответствующей печи, исключающей выбросы дыма и газов, а также сопутствующих ПХДД/Ф. Расплавленный скрап, загрязненный органическими материалами, также является потенциальным источником выброса ПХДД/Ф при производстве заготовок [33].

По имеющимся данным при первичной плавке и конвертировании применяются высокие рабочие температуры, способные разложить органические соединения, но присутствующий диоксид серы заново провоцирует синтез ПХДД/Ф.

В разделе 2 описываются некоторые факторы, влияющие на выбросы ПХДД/Ф. Методы, используемые для сокращения выбросов ПХДД/Ф, предусматривают дожигание, очистку и охлаждение отходящего газа, а также эффективное удаление пыли.

Использование в качестве основного сырьевого материала электронного лома, содержащего невоспламеняющиеся бромированные покрытия и элементы, может привести к образованию смешанных галогенизированных диоксинов. Условия для образования ПХДД/Ф могут возникать при переплавке/рафинировании меди, в частности при использовании ломов и стружки, содержащих примеси хлоринов, присутствующих в используемых смазочно-охлаждаемых эмульсиях.

3.2.3.5 Диоксид серы

Наиболее значимыми источниками выбросов диоксида серы являются участки обжига, плавки и конвертирования при производстве меди из первичного сырья с применением сульфидных концентратов. При этом возможно образование неорганизованных выбросов, которые могут улавливаться несколькими способами [26]. Диоксид серы может также выбрасываться в атмосферу на этапе сушки концентрата (в основном при сжигании топлива на горелках) и на этапе первичного рафинирования, поскольку черновая медь содержит от 0,03 % до 1 % растворенной серы. Концентрация обычно очень низка, поэтому в случае необходимости применяется простая скрубберная очистка.

В отдельных случаях, в зависимости от используемого материала, частичный обжиг и плавку огарка не применяют, а обжиг медных концентратов осуществляется одновременно с плавкой. Применение для плавки герметичных печей позволяет эффективно улавливать диоксид серы. Кислородное обогащение позволяет добиваться высокой концентрации диоксида серы. В результате удается минимизировать образование отходящих газов и уменьшить габариты систем очистки и сернокислотных установок. Очень высокий уровень обогащения кислородом может увеличить концентрацию триоксида серы в газах, попадающих на сернокислотную установку. Повышенное содержание триоксида серы в газе, поступающем из печи, поглощается скруббером, что увеличивает количество слабой кислоты, идущей на переработку, использование и утилизацию. Для переработки поступающих газов используются четырех- и пятистадийные контактные сернокислотные установки. В некоторых случаях, когда содержание диоксида серы низкое (< 5 %), используются одноконтактные установки, в других случаях применяются двухконтактные/двухабсорбционные установки [19]. При необходимости из некоторого количества диоксида серы, содержащегося в газе, может производиться жидкий диоксид серы.

При использовании медного концентрата с низким содержанием серы и высоким содержанием органического углерода плавку можно вести в шахтной печи. В таких случаях отходящие газы сжигают на локальной электростанции в качестве дополнительного топлива. Выбросы от электростанции очищают от серы.

В значительных концентрациях диоксид серы также образуется на этапе конвертирования штейна. Существуют две потенциальные проблемы при применении периодически загружаемых конвертеров, таких как цилиндрические или другие подобные им конвертеры. Во-первых, улавливание газа не полностью эффективно, и в отношении пыли справедливы те же соображения, что и представленные выше в 3.2.2.3.2. При использовании конвертеров с дозированной подачей материала, таких как конвертеры Пирса - Смита или аналогичные им, существуют две возможных проблемы. Во-первых, улавливание газа недостаточно эффективно по тем же причинам, которые упомянуты выше в 3.2.2.3.2. Во-вторых, концентрация диоксида серы в газах значительно меняется в зависимости от этапа конвертирования, что может приводить к возникновению проблем с системами улавливания диоксида серы, если только они не сконструированы с учетом таких изменений. Данные газы смешиваются со стабильными, более концентрированными газами, образующимися на первичном плавильном комплексе, для поддержания автотермического режима работы сернокислотной установки. Указанный эффект также снижается за счет фазного последовательного использования нескольких конвертеров с комбинированием отходящих газов.

В газах, образующихся на этапах вторичной плавки, ввиду присутствия серы в топливе и сырьевых материалах также может присутствовать диоксид серы. В некоторых случаях для удаления SO₂ применяются скрубберы.

3.2.3.6 Оксиды азота

Стадии производства меди обычно реализуются при высоких температурах, а также с применением кислорода. Это сокращает парциальное давление азота в пламени и снижает объемы образования оксидов азота при условии, что в очень горячих зонах азот присутствует в небольших количествах. Согласно полученным данным, стандартные уровни выбросов оксида азота при переработке вторичной меди составляют от 50 до 500 мг/нм³ в зависимости от печи и типа технологической операции. Применение высокоэффективных технологий (например, Contimelt) требует установления баланса между использованием энергии и достигнутым значением NO_x.

Оксиды азота, образующиеся в ходе первичных процессов, в основном поглощаются производимой серной кислотой [54].

Общие данные справочника НДТ ЕС по выбросам в атмосферу представлены в таблицах 3.4-3.6

Таблица 3.4 - Выбросы для некоторых первичных и вторичных процессов [18]

Тип технологии	Пыль	Диоксид серы	Cu	Pb	As
	г на т произведенного металла
Первичная Cu	130-800	6 000-18 000	25-130	5-45	2-27
Вторичная Cu	100-1 000	500-3 500	8-100	10-60	0,5-5
Выплавка заготовок	21	НП	4	НП	0,15
Изготовление катанки	10	НП	4	НП	0,05
НП - неприменимо.

Таблица 3.5 - Достижимые уровни концентрации в выбросах по некоторым технологиям плавки, переплавки/рафинирования из вторичного сырья (с выпуском полуфабрикатов) [18], [53]

Параметр:

CO

Пыль

PM10

PM25

NOx

SO2

CO

COx

HCl

HF

Pb

Zn

Cu

O2

Sn

V

As

Hg

Ni

Cd

t°

Органич. С

ПХДД/Ф

Единица измерения:

мг/нм3

%

мг/нм3

°C

мг/нм3

нг МЭТ/м3

Шахтная печь

< 0,1

0,5

0,53

0,39

45

0,2 г/нм3

< 0,1

НП

НП

НП

0,012

0,009

0,008

12

НП

НП

0,001

0,006

0,001

0,001

199

1,2

0,3

Конвертерная печь

НП

0,75

НП

НП

7,3

НП

11,3

4,7

НП

НП

0,097

0,126

0,0334

17,8

НП

НП

0,0012

0,0028

0,0033

0,0006

30

1,4

НП

Анодная печь

НП

2,3

1,5

1,02

179

24,5

24,5

7,17

3,9

0,36

0,636

0,507

17,5

0,337

< 0,0005

НП

0,17

НП

0,0001

98

3,4

НП

Шлаковая печь с фильтром

НП

< 0,3

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

Печь Asarco

НП

0,5

0,25

0,25

21

17

17

2,62

0,0098

17,4

112

9,34

0,202

Термическая обработка стружки

НП

5

НП

НП

200

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

20

0,1

Электрически подогреваемая печь

НП

5

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

20

0,1

Вращающаяся барабанная печь

НП

5

НП

НП

300

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

50

0,1

Шахтная печь (Asarco)

НП

0,5-5

НП

НП

21-300

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

9-50

0,2-0,4

Дробильная установка

НП

< 1 0

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

НП

< 50

НП

НП - неприменимо.

Таблица 3.6 - Данные по выбросам и эксплуатационные характеристики по конвертерам первичной и вторичной плавки [55]

Рабочий параметр	Единица измерения	Стандартное значение или диапазон
		Конвертер скрапа	Конвертер штейна
Выход меди в конвертере на партию	т	8-25	30-300
Количество партий загрузки в день		4-6	2-3
Продолжительность обработки партии	ч	4-6	5-8
Время продувки/на партию		2-3,5	4-7
Неочищенный газ (включая газы, отходящие через вторичный зонт)
Объемный поток отходящего газа	м3/ч	80 000-150 000	80 000-150 000
Содержание пыли	мг/м3	10 000-30 000	10 000-30 000
Основные составляющие пыли (в зависимости от режима работы)
Zn	массовая доля, %	25-70	1-10
Sn		1-20	1-5
Pb		5-30	30-55
Чистый газ (включая газы, отходящие через вторичный зонт)
Содержание пыли	мг/м3	1-5	- *
SO2		200-500 **
NOx (в виде NO2)		20-30
Температура отходящего газа на выходе из трубы	°C	80-90
* Отходящие газы с конвертера переработки штейна направляются на сернокислотную установку. ** Непрерывный мониторинг: среднесуточное значение < 500 мг/м3; максимальное получасовое среднее значение < 1 500 мг/м3.

3.2.3.7 Фактические уровни выбросов загрязняющих веществ на российских предприятиях

Фактические уровни выбросов загрязняющих веществ, описанных в 3.2.3.1-3.2.3.6, на российских предприятиях приведены в таблицах 3.7-3.10.

Таблица 3.7 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от цехов подготовки сырья (брикетирования) на одном из российских предприятий

Наименование загрязняющего вещества	Удельная масса выбросов загрязняющих веществ после очистки *, кг/т черновой меди	Наименование используемого пылегазоочистного оборудования	Проектная эффективность очистки
Пыль неорганическая: SiO2 до 20 %	0,098	Доломитовые фильтры Циклон Пылеуловитель Рукавный фильтр	99,0 97,8 98,7 99,4
Пыль неорганическая: SiO2 > 70 %	0,001
Мышьяк и его соединения (в пересчете на As)	0,001
Кадмий и его соединения (в пересчете на Cd)	0,000
Медь и ее соединения (в пересчете на Cu)	0,007
Свинец и его соединения (в пересчете на Pb)	0,002
Другие металлы (значимые): диЖелезо триоксид (Железа оксид) (в пересчете на Fe)	0,021
Цинк оксид (в пересчете на Zn)	0,004
диАлюминий триоксид (в пересчете на Al)	0,002
Ртуть и ее соединения (в пересчете на Hg)	мониторинг не ведется
SO2	0,002
NOx (в пересчете на NO2)	0,114
Летучие органические соединения: керосин	0,002
углерода оксид	0,087

Таблица 3.8 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от металлургических цехов (плавка в штейн + конвертирование) [по данным предприятий]

Наименование загрязняющего вещества	Удельная масса выбросов загрязняющих веществ после очистки *, кг/т черновой меди		Количество предприятий, представивших данные
	Минимум	Максимум
Пыль неорганическая: SiO2 до 20 %	1,80	2,61	2
Мышьяк, неорганические соединения (в пересчете на As)	0,02	0,06	2
Кадмий оксид (в пересчете на Cd)	0,0005	0,0040	2
Меди оксид (в пересчете на Cu)	0,14	0,56	3
Свинец и его неорганические соединения (в пересчете на Pb)	0,00	0,08	3
диЖелезо триоксид (в пересчете на Fe)	0,12	0,54	2
Цинк оксид (в пересчете на Zn)	0,15	0,97	2
диАлюминий триоксид (в пересчете на Al)	0,02	0,02	1
Никель оксид (в пересчете на Ni)	0,00	0,04	2
Сера диоксид (ангидрид сернистый)	6,81	943,25	4
Оксиды азота	0,19	4,75	3
Летучие органические соединения **	0,01	0,02	2
Углерод оксид	0,61	26,27	2
Кислота серная (по молекуле H2SO4)	45,24	47,10	2
* Расчетное среднегодовое значение на базе годовой массы выбросов загрязняющих веществ и производства черновой меди. ** По данной позиции предприятиям представлены значения по различным веществам: - предприятие 1: фенол, формальдегид, керосин; - предприятие 2: бутан-1-ол, бензин (нефтяной, малосернистый) (в пересчете на углерод), керосин, метилбензол (толуол), этанол (спирт этиловый), 2-этоксиэтанол, бутилацетат, пропан-2-он (ацетон), 2-метилпроп-1-ен (изобутилен), формальдегид, 4,4-диметил-1,3-диоксан.

Таблица 3.9 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от медеплавильных цехов [по данным предприятий]

Наименование загрязняющего вещества	Предприятие А		Предприятие Б		Предприятие В
	Удельная масса выбросов загрязняющих веществ после очистки *, кг/т анодной меди	Наименование используемого пылегазоочистного оборудования	Удельная масса выбросов загрязняющих веществ после очистки *, кг/т анодной меди	Наименование используемого пылегазоочистного оборудования	Удельная масса выбросов загрязняющих веществ после очистки *, кг/т анодной меди	Наименование используемого пылегазоочистного оборудования
Пыль неорганическая до 20 % SiO2	0,36	без очистки	нет данных	нет данных	0,05	Рукавный фильтр, проектная эффективность очистки 99 %
Никеля оксид (в пересчете на Ni)	0,00		нет данных		0,00
Меди оксид (в пересчете на Cu)	0,21		нет данных		0,01
Диоксид серы	19,40		нет данных		0,25
Оксиды азота	0,04		0,49		0,11
Оксид углерода	0,12		0,68		нет данных
Кислота серная (по молекуле H2SO4)	0,00		нет данных		мониторинг не ведется

Таблица 3.10 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от цехов электролиза [по данным 1 предприятия]

Наименование	Масса выбросов загрязняющих веществ после очистки *, кг/т катодной меди	Источники выбросов	Наименование используемого пылегазоочистного оборудования	Проектная эффективность очистки
Меди оксид (в пересчете на Cu)	0,0108	Цех электролиза меди (основная технология)	-	-
Никеля оксид (в пересчете на Ni)	0,0014
Кислота серная по молекуле H2SO4	0,0535
Меди оксид (в пересчете на Cu)	0,0006	Цех электролиза меди (безосновная технология)	Скруббер	95 %
Никеля оксид (в пересчете на Ni)	0,0003
Кислота серная (по молекуле H2SO4)	0,0065
* Расчетное среднегодовое значение на базе годовой массы выбросов загрязняющих веществ и производства катодной меди.

3.2.4 Сбросы в водные объекты

В пирометаллургических процессах используется значительное количество охлаждающей воды (системы охлаждения описываются в отдельном межотраслевом справочнике НДТ по промышленным системам охлаждения). При этом в воду могут попадать взвешенные твердые частицы, соединения металлов и масла. Все сточные воды подвергаются очистке с целью удаления растворенных в них металлов и твердых частиц. На ряде установок охлаждающая вода и очищенные сточные воды, в том числе ливневые, повторно используются и перерабатываются в рамках технологических процессов, но стоки разных типов (из разного типа источников) должны обрабатываться по отдельности согласно существующим требованиям [50], [18].

Информация о потенциальных источниках и соответствующих им возможных сбросах в водные объекты представлена в таблице 3.11.

Таблица 3.11 - Значимость возможных сбросов в водные объекты при производстве меди

Источник сбросов	Взвешенные частицы	Соединения металлов	Масла
Открытый дренаж	***	**	***
Охлаждающая вода для прямого охлаждения	***	***	*
Охлаждающая вода для непрямого охлаждения	*	*	НП
Вода грануляции	***	**	НП
Выщелачивание (при незамкнутом цикле)	***	***	*
Травление	**	***	***
Цех электролиза (при незамкнутом цикле)	НП	***	НП
Системы газоочистки	***	***	НП
*** - наиболее значимые; * - наименее значимые; НП - неприменимо.

3.2.4.1 Взвешенные твердые частицы и соединения металлов

Эти загрязнения могут образовываться на нескольких этапах технологического процесса. Наиболее важными из них могут быть сточные воды и отработанные растворы травления. Методы обработки сбросов, образующихся в ходе транспортировки и хранения сырья, описываются в разделе 2, и их применение ориентировано на предотвращение и минимизацию сбросов. Поверхностные стоки могут образовываться в результате осадков или в результате смачивания хранимого материала во избежание образования пыли.

Потенциальными источниками образования взвешенных частиц и соединений металлов являются процессы охлаждения, грануляции и выщелачивания. Обычно соответствующее оборудование либо герметизируется, что предполагает наличие оборотного цикла воды, либо оно является бесконтактным.

Промывные воды цеха электролиза меди (в том числе растворы со скрубберов) используются для пополнения серий электролизных ванн при выводе из них, отработанного электролита на утилизацию с получением сульфатов меди и никеля или регенеративной меди и никелевого известкового кека. При транспортировке растворов в цехе и между цехами могут случаться утечки, поэтому для эксплуатации трубопроводов и емкостей хранения растворов, необходимо предусмотреть систему сбора проливов, а в случае расположения трубопроводов в зонах, которые не оборудованы системой сбора, необходимы меры по контролю возможных утечек.

Количество сбрасываемой воды также является важным аспектом, поскольку некоторые установки оборудованы системами водооборота. Согласно полученным данным выход воды по одной медеплавильной установке составляет 3000 м³/день, в то время как для подобных установок, не оснащенных замкнутым водооборотным циклом, данная цифра составляет более 100 000 м³/день. В связи с этим следует использовать относительные показатели по массе сбросов загрязняющих веществ [56].

Шламы, образующиеся на всех стадиях технологических процессов, обычно направляются на санкционированную утилизацию. В некоторых случаях шламы используются на предприятии для извлечения оставшихся в них металлических фракций.

3.2.4.2 Нефтепродукты/масла

Масла и другие нефтепродукты могут присутствовать во вторичном сырье, а также могут вымываться с территории площадок для хранения. Методы, применяемые при их хранении, рассматриваются в разделе 2. Воск и масла применяются для покрытия и волочения при производстве катанки и других видов проката. Их присутствие учитывается при разработке мероприятий по предупреждению загрязнения воды.

3.2.4.3 Фактические уровни сбросов загрязняющих веществ в России и ЕС

Общие данные по сбросам сточных вод предприятий медной промышленности в странах Евросоюза представлены в таблицах 3.12-3.15.

Таблица 3.12 - Среднегодовые концентрации основных составляющих неочищенных сточных вод, образующихся при первичной плавке меди [18]

Источник	Основные компоненты до очистки, мг/л
	Cu	Pb	As	Ni	Cd	Zn
Технологическая вода	2 000	500	10 000	1 000	500	1 000
Вода прямого охлаждения	< 3	< 0,5	< 0,1	< 0,1	< 0,5	< 0,5

Таблица 3.13 - Пример содержания металла в различных потоках сточных водах после очистки [26]

Источник	Расход, м3/год	Основные компоненты, мг/л
		Cu	Pb	As	Ni	Cd	Zn
Технологическая вода	180 000	0,01-0,2	0,001-0,04	0,01-0,1	0,004-0,15	0,0001-0,1	0,01-0,2
Поверхностный сток	700 000	0,01-0,4	0,005-0,2	0,003-0,07	0,002-0,4	0,0002-0,1	0,03-0,4
Вода прямого охлаждения	11 300 000	0,01-0,25	0,001-0,1	0,001-0,1	0,002-0,06	0,000-0,003	0,02-0,5
Вода охлаждения (всего)	65 000 000	в отчетах отсутствуют
Примечание - в таблице представлены данные по плавильному комплексу/комплексу рафинирования первичной/вторичной меди, расположенному на реке вблизи моря с объемом производства 370 000 т медных катодов в год. Приведены среднегодовые значения концентраций металлов.

Таблица 3.14 - Общий уровень примесей в сточных водах, сбрасываемых двумя комплексами первичной выплавки меди [56]

	Основные компоненты, г/т
	Cu	Pb	As	Ni	Cd	Zn
Завод А, производящий медные катоды (см. таблицу 3.19)	1-2,3	0,03-0,3	0,05-0,23	0,1-0,2	0,02-0,05	0,16-0,8
Завод А, производящий очистку всех сточных вод и поверхностных стоков с территорий накопленного прошлого загрязнения	5-10	0,3-1,0	2,5-5,0	5-10	0,1-0,3	2-5

Таблица 3.15 - Годовой объем загрязняющих веществ, сбрасываемых заводом по производству медной заготовки [26]

Вещество	Значение, кг/год
Cu	11
Ni	3
Zn	25
Pb	1
Cr	1
As	0,01
Cd	0,01
Hg	0,01
Sn	1
Общий объем водоотведения 35 000 м3/год.

3.2.5 Обращение с отходами, полупродуктами и оборотными материалами

Накопленные за многие годы на ряде предприятий отрасли шлаки в последнее время начинают все активнее перерабатываться с целью извлечения полезных компонентов. Так, в медеплавильных шлаках содержание меди может быть вполне сопоставимо с ее содержанием в перерабатываемых рудах.

Актуален в последнее время и вопрос использования удельных значений образования отходов, который наталкивается на ряд объективных препятствий. Так, в подготовленном еще в Госкомэкологии России сборнике [57] отмечается:

"1.4. Приведенные в Сборнике данные по удельным показателям образования отходов не рекомендуется использовать в качестве нормативов, поскольку значения многих из них определены как среднестатистические или среднеотраслевые с усреднением различий предприятий по уровню организации производства и качества перерабатываемого сырья. Кроме того, при переходе в процессе технического перевооружения на малоотходные технологии значения удельных показателей могут существенно измениться, а в ряде случаев может произойти изменение вида образующихся отходов". Для производства меди в сборнике приведен следующий показатель (см. таблицу 3.16).

Таблица 3.16 - Показатель образования шлаков при производстве меди

Технологический процесс или вид производства	Наименование образующихся отходов и попутных продуктов	Значение удельных показателей
Шахтная плавка медных руд (содержание меди в концентрации 1 % - 2 %)	Шлаки	50-100 т/т металла

В настоящее время в ряде случаев его использование невозможно в связи с разработкой все более бедных месторождений. Томинский ГОК, например, работает на руде Томинского месторождения с содержанием меди 0,47 %. То же самое можно сказать о Волковском, Быстринском, Ждановском, Михеевском и других месторождениях (см. таблицу 1.1).

На других переделах объемы образования отходов промежуточных и побочных продуктов также зависят от состава сырья. Зависимость количества образующегося шлака от содержания меди в штейне приведена в таблице 3.17.

Таблица 3.17 - Зависимость количества шлака от содержания меди в штейне при конвертировании [58]

Содержание меди в штейне, %	Масса шлака на 1 т штейна, кг
20	954
25	876
30	796
35	716
40	636
45	558
50	478
55	398
60	240
70	160
75	80

Ниже в таблицах 3.18 и 3.19 приведена краткая характеристика источников образования некоторых остаточных продуктов и способов их последующего использования.

Таблица 3.18 - Остаточные продукты, образующиеся при производстве меди [53]

Источник	Остаточный продукт	Конечное использование
Системы очистки	Пыли с фильтра Соединения ртути Отработанный катализатор и кислота Отстой серной кислоты Слабая кислота	Сырье для получения меди (возвращаемое на плавку) Гипс на продажу Свинец, цинк и прочие металлы Сырье для получения Hg Химическая промышленность Нейтрализация Другие виды использования, например разложение при выщелачивании Для SO2
Плавильный комплекс	Шлак Футеровка печи	На шлаковую печь или на сепарацию Внутреннее использование Восстановление или утилизация
Конвертер	Шлак	На плавку - внутренний оборот
Шлаковая печь	Шлак	Абразивный, строительный материал
Печь (анодная) для рафинирования	Шлак	На плавку - внутренний цикл
Электролитическое рафинирование меди	Отработанный электролитный раствор	Извлечение никеля и солей никеля, а также меди, восстановление кислоты
	Отработанные аноды	Другие виды внутреннего оборота: конвертер (охлаждение) или анодная печь
	Анодный шлам	Извлечение драгоценных металлов
Плавка	Плавающие загрязнения и шлак	Сырье для извлечения металлов
Флотация шлака	Шлак	Использование в качестве фильтрующего материала при производстве цемента
Очистка сточных вод	Чистый гипс	Использование при плавке в качестве источника кальция
Технологический процесс в целом	Масла	Извлечение нефтепродуктов
Гидрометаллургия	Отработанный электролит	Выщелачивание
Производство заготовок	Растворы травления кислотой и промывочные растворы	Утилизация в качестве отхода, при низком содержании цветных металлов или продажа для извлечения металлов
Производство катанки	Растворы травления кислотой (если применимо) Окалина	Восстановление в отдельной электролитической ванне Извлечение меди

Таблица 3.19 - Выход остаточных продуктов, образующихся при первичном и вторичном производстве меди в Германии [18]

Этап производства	Остаточный продукт	Кол-во, т/год	Варианты использования или переработки
Первичная плавка и электролиз (460 000 т анодов в год)
Печь взвешенной плавки	Пыль	100 000	Внутреннее использование в печи взвешенной плавки
	Шлак	700 000	Дальнейшая обработка в электрической печи
Электрическая печь (очистка шлака)	Пыль	400	Внешнее использование при производстве цинка/свинца
	Шлак	700 000	Внешнее использование в качестве строительного материала
Конвертер меди	Пыль	4 000	Внутренняя переработка в печи взвешенной плавки или в электрической печи (вторичное производство)
	Шлак	160 000	Внутреннее использование в печи взвешенной плавки
Анодная печь	Пыль	200	Внутреннее использование в печи взвешенной плавки
	Шлак	20 000	Внутреннее использование в конвертере меди
Электролиз	Анодный шлам (мокрый)	3 000	Для извлечения драгоценных металлов, а также Se, Te, Pb
Сернокислотная установка	Серная кислота	1 000 000	Побочный продукт для продажи
	Конечный раствор	70 000	Внутреннее использование на химической установке при производстве сульфата никеля, As2O3
Вторичная плавка и электролиз
Очистка отходящих газов электрической печи	Пыль	10 000	Побочный продукт на продажу для извлечения цинка
	Шлак	60 000	Внешнее использование в качестве строительного материала
Конвертер	Пыль	400	Внутреннее использование в электрической печи
	Шлак	15 000	Внутреннее использование в электрической печи
Технология Contilmelt	Пыль	1 000	Внутреннее использование в печи взвешенной плавки/электрической печи
	Шлак	2 000	Внутреннее использование в конвертере меди
Конвертер скрапа/завод TLA *	Пыль	1 000	Дальнейшая обработка на установке TLA
	Шлак	2 000	Внутреннее использование в электрической печи
Установка очистки технической воды	Шлам	2 000	Утилизация в качестве опасных отходов
Общее	Бытовой мусор	500
Вторичная плавка и электролиз
Система переработки Kayser, очистка отходящих газов	Шлак железо-силикатный	120-200	Строительные материалы на объекте утилизации отходов
	Оксиды системы переработки Kayser	20-40	Продажа
Смешанная печь плавки олова	Смешанное олово	50	Продажа
Электролиз	Анодный шлам	13	Продажа
	Сульфат никеля	20	Продажа
Очистка сточных вод	Осажденная суспензия	Данных нет	Продажа
Все этапы	Анодные остатки	Данных нет	Внутренний цикл вторичного использования
TLA - оловянно-цинковый сплав. НП - неприменимо.

Данные об образовании и использовании промежуточных продуктов и отходов производства на примере нескольких медеплавильных предприятиях в Российской Федерации приведены в таблицах 3.21-3.24 [данные предприятий].

Таблица 3.20 - Образование и использование отходов производства, промпродуктов и оборотных материалов на российских предприятиях. Предприятие А

Наименование вида отхода	Удельная масса образования отходов, т/т черновой меди	Наименование способа утилизации (вторичного использования) или обезвреживания	Удельная масса утилизированных (вторично использованных), т/т черновой меди
Пыль газоочистки в производстве черновой меди (пыли после электрофильтров печей и рукавных фильтров)	0,06	1. Вторичное использование (приготовление шихты для печей) 2. Отправка по договору сторонней организации	нет данных
Пыль газоочистки в производстве черновой меди (пыли грубой очистки конвертерных газов)	0,02	Вторичное использование (приготовление шихты для печей)	0,02
Пыль газоочистки в производстве черновой меди (пыли тонкой очистки конвертерных газов)	0,02	1. Вторичное использование (приготовление шихты для печей) 2. Отправка по договору сторонней организации	нет данных
Шлаки производства меди	3,80	Вторичное использование в качестве сырьевого материала для производства медного концентрата	3,80 *
Шлаки производства меди	-	Переработка старолежалых шлаков в качестве сырьевого материала для производства медного концентрата	3,30

Таблица 3.21 - Образование и использование отходов производства, промпродуктов и оборотных материалов на российских предприятиях. Предприятие Б

Наименование вида отхода	Удельная масса образования, т/т черновой меди	Наименование способа утилизации (вторичного использования) отхода или обезвреживания	Удельная масса утилизированных (вторично использованных) отходов, т/т черновой меди
Кек безмышьяковистый производства меди	0,01	Вторичное использование отходов	0,01
Пыль с печи	0,05	Вторичное использование отходов	0,05
Пыль конвертерной плавки	0,12	Вторичное использование отходов	0,12
Шлаки производства меди (шлак конвертерный)	1,02	Использование отходов	1,02
Шлаки производства меди (шлак с печи)	2,57	Использование отходов	2,57
Шлаки производства меди (шлак медьсодержащий)	-	Использование отходов, поступивших от других организаций	0,07

Таблица 3.22 - Образование и использование отходов производства, промпродуктов и оборотных материалов на российских предприятиях. Предприятие В

Наименование вида отхода	Удельная масса образования отходов, т/т черновой меди	Наименование способа утилизации (вторичного использования) отхода или обезвреживания	Удельная масса утилизированных (вторично использованных) отходов, т/т черновой меди
Пыль газоочистки обжигового и плавильного переделов производства черновой меди, содержащая цветные металлы	0,57	Использование в качестве сырья: - в процессе производства черновой меди; - для извлечения ценных компонентов с получением продукции - раствора цинка сернокислого.	0,57
Отходы газоочистки в производстве черновой меди (шлам мокрого пылеуловителя)	0,10	Использование в качестве сырья в процессе производства черновой меди	0,10
Шлаки производства меди (шлак плавки медьсодержащего сырья в шахтной печи производства черновой меди)	7,08	-	нет данных

Таблица 3.23 - Образование и использование промежуточных продуктов и отходов производства на российских предприятиях. Предприятие Г

Наименование вида отхода	Удельная масса образования отходов, т/т черновой меди	Наименование способа утилизации (вторичного использования) отхода или обезвреживания	Удельная масса утилизированных (вторично использованных) отходов, т/т черновой меди
Пыль газоочистки обжигового и плавильного переделов производства черновой меди, содержащая цветные металлы (пыль от ПГУ конвертера)	0,02	Брикетирование и переработка в шахтных печах	0,02
Пыль газоочистки обжигового и плавильного переделов производства черновой меди, содержащая цветные металлы	0,70		0,69
Шлаки производства меди	6,66	Переработка в шахтных печах и конвертерах	2,19
Отходы (хвосты) обогащения медных руд практически неопасные	6,47	-	-
Отходы производства меди (хвосты и отходы от переработки металлургических шлаков)	0,18	-	-
Отходы очистки прочих производственных сточных вод, не содержащих специфические загрязнители, на локальных очистных сооружениях (шлам отстойников после нейтрализации сточных вод)	0,01	-	-