ИТС 3-2015

ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК ПО НАИЛУЧШИМ ДОСТУПНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ

ПРОИЗВОДСТВО МЕДИ

Manufacture of copper

Дата введения 2016-07-01

Введение

Настоящий справочник НДТ является документом по стандартизации, разработанным в результате анализа технологических, технических и управленческих решений, применяемых при производстве меди.

Краткое содержание справочника

Введение. Представлено краткое содержание справочника НДТ.

Предисловие. Указана цель разработки справочника НДТ, его статус, законодательный контекст, краткое описание процедуры создания в соответствии с установленным порядком, а также взаимосвязь с аналогичными международными документами.

Область применения. Описаны основные виды деятельности, на которые распространяется действие справочника НДТ.

В разделе 1 представлена информация о состоянии и уровне развития в Российской Федерации производства меди по основным переделам. Также в разделе 1 приведен краткий обзор экологических аспектов производства меди.

В разделе 2 представлены сведения о технологических процессах, применяемых при:

- пирометаллургическом производстве меди из первичного и вторичного сырья;

- гидрометаллургическом производстве меди;

- производстве медных сплавов и полуфабрикатов;

- вспомогательных производственных процессах.

В разделе 3 дана оценка потребления энергоресурсов и уровней эмиссий в окружающую среду, характерных для производства меди в Российской Федерации.

Раздел подготовлен на основе данных, представленных предприятиями Российской Федерации в рамках разработки справочника НДТ, а также различных литературных источников.

В разделе 4 описаны особенности подходов, примененных при разработке данного справочника НДТ и в целом соответствующих Правилам определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям (утверждены постановлением Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 года N 1458) и Методическим рекомендациям по определению технологии в качестве наилучшей доступной технологии (утверждены приказом Министерства промышленности и торговли Российской Федерации от 31 марта 2015 года N 665).

В разделе 5 приведено краткое описание НДТ для производства меди, включая:

- системы экологического и энергетического менеджмента, контроля и мониторинга технологических процессов;

- технические и технологические решения для повышения энергоэффективности, ресурсосбережения, снижения эмиссий загрязняющих веществ, методы обращения с отходами и побочными продуктами производства.

В разделе 6 приведены доступные сведения об экономических аспектах реализации НДТ на предприятиях Российской Федерации.

В разделе 7 приведены краткие сведения о новых технологических и технических решениях (не применяемых в России на момент подготовки справочника), направленных на повышение энергоэффективности, ресурсосбережения, снижение эмиссий загрязняющих веществ, эффективное обращение с отходами, промежуточными и побочными продуктами.

В разделе 8 приведены сведения о перечне измеряемых показателей эмиссий и соответствующих значениях этих показателей, непрерывном и периодическом измерении эмиссий, отчетности по эмиссиям.

Заключительные положения и рекомендации. Приведены сведения о членах технической рабочей группы, принимавших участие в разработке справочника НДТ. Рекомендации предприятиям по дальнейшим исследованиям экологических аспектов их деятельности.

Библиография. Приведен перечень источников информации, использованных при разработке справочника НДТ.

Предисловие

Цели, основные принципы и порядок разработки справочника установлены постановлением Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 года N 1458 "О порядке определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям".

1 Статус документа

Настоящий информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям (далее - справочник НДТ) является документом по стандартизации.

2 Разработчик

Справочник НДТ разработан технической рабочей группой N 3 (ТРГ-З) приказом Росстандарта от 17 июля 2015 г. N 826 "О технической рабочей группе "Производство меди" (редакция от 18.11.2015 г.). Перечень организаций и их представителей, принимавших участие в разработке справочника НДТ, приведен в разделе "Заключительные положения и рекомендации".*

________________

* Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

Справочник НДТ представлен на утверждение Бюро наилучших доступных технологий (далее - Бюро НДТ) (www.burondt.ru).

3 Краткая характеристика

Справочник НДТ содержит описание применяемых при производстве меди технологических процессов, оборудования, технических способов, методов, в том числе позволяющих снизить эмиссии в окружающую среду, водопотребление, повысить энергоэффективность, обеспечить экономию ресурсов. Из числа описанных технологических процессов, технических способов, методов выделены решения, отнесенные к наилучшим доступным технологиям (НДТ). В справочнике НДТ установлены технологические показатели, соответствующие выделенным НДТ.

4 Взаимосвязь с международными, региональными аналогами

Справочник НДТ разработан на основе справочника Европейского союза (ЕС) по наилучшим доступным технологиям для предприятий цветной металлургии (Best Available Techniques (BAT) Reference Document for the Non-Ferrous Metals Industries) с учетом особенностей производства меди в Российской Федерации.

5 Сбор данных

Информация о технологических процессах, технических способах, методах, применяемых при производстве меди в Российской Федерации, была собрана в процессе разработки справочника НДТ в соответствии с Порядком сбора данных, необходимых для разработки информационно-технического справочника по наилучшим доступным технологиям и анализа приоритетных проблем отрасли, утвержденным приказом Росстандарта от 23 июля 2015 г. N 863.

6 Взаимосвязь с другими справочниками НДТ

Взаимосвязь настоящего справочника НДТ с другими справочниками НДТ, разрабатываемыми в соответствии с распоряжением правительства от 31 октября 2014 года N 2178-р, приведена в разделе "Область применения".

7 Информация об утверждении и введении в действие

Справочник НДТ утвержден приказом Росстандарта от 15 декабря 2015 г. N 1573.

Справочник НДТ введен в действие с 1 июля 2016 г., официально опубликован в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru).

     Область применения

Настоящий справочник НДТ распространяется на следующие основные виды деятельности:

- производство меди из руды, концентратов или вторичных сырьевых материалов посредством пирометаллургических, гидрометаллургических, электролитических процессов;

- выплавка медных заготовок, включая производство сплавов, в том числе из вторичных продуктов, на плавильных производствах;

- литье, прокат, волочение и прессование в случаях, когда они интегрированы с производством меди.

Настоящий справочник НДТ распространяется на методы производства как первичной, так и вторичной меди. Между производством первичной и вторичной меди есть много общего, причем нередко невозможно провести четкое различие между применяемыми методами. В некоторых случаях при производстве первичной меди в рамках общих производственных процессов с целью экономии энергии, минимизации производственных затрат и вторичного использования образующихся отходов используется вторичное сырье. Вторичное производство меди включает в себя производство металла из вторичного сырья (в том числе лома и медьсодержащих материалов), повторную плавку и производство медных сплавов.

Справочник НДТ также распространяется на процессы, связанные с основными видами деятельности, которые могут оказать влияние на объемы эмиссий и (или) масштабы загрязнения окружающей среды:

- хранение и подготовка сырья;

- хранение и подготовка топлива;

- производственные процессы (пирометаллургические, гидрометаллургические и электролитические);

- методы предотвращения и сокращения эмиссий и образования отходов;

- хранение и подготовка продукции.

Справочник НДТ не распространяется на:

- добычу и обогащение медных и полиметаллических руд на месторождениях;

- вопросы, которые касаются исключительно обеспечения промышленной безопасности или охраны труда.

Вопросы обеспечения промышленной безопасности и охраны труда частично рассматриваются только в тех случаях, когда оказывают влияние на виды деятельности, включенные в область применения настоящего справочника НДТ.

Дополнительные виды деятельности при производстве меди и соответствующие им справочники НДТ (названия справочников НДТ даны в редакции распоряжения Правительства Российской Федерации от 31 октября 2014 года N 2178-р) приведены в таблице ниже.

Вид деятельности

Соответствующий справочник НДТ

Методы очистки сточных вод, направленные на сокращение сбросов металлов в водные объекты

Очистка сточных вод и выбросов загрязняющих веществ при производстве продукции (товаров), проведении работ и оказании услуг на предприятиях

Промышленные системы охлаждения, например градирни, пластинчатые теплообменники

Промышленные системы охлаждения

Хранение и обработка материалов

Сокращение выбросов загрязняющих веществ, сбросов загрязняющих веществ при хранении и складировании товаров (грузов)

Обращение с отходами

Обезвреживание отходов, в том числе термическими способами. Захоронение отходов производства и потребления

Выработка пара и электроэнергии на тепловых станциях

Сжигание топлива на крупных промышленных предприятиях в целях производства энергии

Бескислотное травление медной катанки и полуфабрикатов из меди и медных сплавов

Обработка поверхностей, предметов или продукции с использованием органических растворителей

Кислотное травление медной катанки и полуфабрикатов из меди и медных сплавов

Нанесение покрытий на металлы и пластмассы с использованием электролитических или химических процессов

В настоящем справочнике использованы термины и определения в соответствии с ПНСТ 22-2014 [1].

     Раздел 1. Общая информация о рассматриваемой отрасли промышленности

     1.1 Общая информация

Медь имеет очень высокую тепловую и электрическую проводимость и относительно устойчива к коррозии, а также обладает ценными механическими свойствами - ковкостью и тягучестью. Свойства меди определяют ее применение.

Медь является одним из базовых металлов на Лондонской бирже металлов (ЛБМ). В связи с этим производство меди базируется на стандарте медных катодов класса А (содержание меди - 99,95%), определенном терминологией ЛБМ. В европейском стандарте на медные катоды EN 1978* [2] используется обозначение марки Cu-САТН-1, или, в соответствии с новой европейской буквенно-цифровой системой обозначений, CR001A. В американском стандарте ASTM B115 [3] используется обозначение Cathode Grade 1. С подробной информацией о химическом составе меди можно ознакомиться в документе ЛБМ [4].

________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым здесь и далее по тексту, можно получить, перейдя по ссылке на сайт http://shop.cntd.ru. - Примечание изготовителя базы данных.

В Российской Федерации требования к медным катодам и марки катодной меди установлены в ГОСТ 546-2001 "Катоды медные. Технические условия" и ГОСТ 859-2014 "Медь. Марки" соответственно. Все отечественные марки катодной меди предусматривают чистоту металла не менее 99,95%.

Переработку медного сырья можно производить как пиро-, так и гидрометаллургическим способом. В мире около 85% меди производят пирометаллургическим способом. Процесс пирометаллургического производства меди состоит из нескольких переделов:

- добыча и обогащение руды - концентрат;

- производство черновой меди - черновая медь;

- производство рафинированной меди - анодная медь, катодная медь.

Рисунок 1.1 - Доли отдельных компаний в добыче и производстве меди в России

Россия обладает значительной сырьевой базой и занимает 3-е место в мире по запасам после Чили и Перу. Существующие запасы медьсодержащих руд в России оцениваются в 90 млн т (медь в руде) [5].

Добыча и переработка медной руды в России ведется тремя компаниями: "Норильский никель" ("Норникель"), "Русская медная компания" (РМК) и "Уральская горно-металлургическая компания" (УГМК), - обладающими собственной сырьевой базой.

Всего на территории России в 2014 году на месторождениях трех компаний было добыто более 790 тыс. т меди (в руде), из которых 354 тыс. т - на рудниках Заполярного филиала "Норильского никеля", а 315 тыс. т - на добывающих предприятиях УГМК, остальное - на предприятиях РМК.

Таблица 1.1 - Основные месторождения меди [5]

Месторождение

Геолого-промышленный тип

Доля в балансовом запасе Российской Федерации, %

Содержание меди в руде

Добыча в 2013 году (по меди), тыс. т

"Норильский никель"

Октябрьское

Сульфидный медно-никелевый

22,1

1,63

358,6

Талнахское

11,6

1,11

80,5

Норильск-1

1,8

0,48

14,2

Ждановское

1,1

0,3

12,7

Быстринское

Скарновый медно-магнетитовый

2,3

0,78

0

УГМК

Гайское

Медноколчеданный

5,5

1,3

62,8

Юбилейное

1,5

1,69

33

Подольское

1,9

2,11

0

Волковское

Ванадиево-железо-
медный

1,9

0,64

5,1

РМК

Михеевское

Медно-порфировый

1,7

0,44

23,5

Томинское

Медно-порфировый

1,7

0,47

0

"Байкальская горная компания" ("Металлоинвест")

Удоканское

Медистые песчаники

22

1,56

0

ГДК "Баимская"

Песчанка

Медно-порфировый

4,1

0,83

0

Сырьем для производства черновой меди служат концентраты, получаемые путем обогащения медной руды на горно-обогатительных предприятиях, а также вторичные материалы. Перечень горно-обогатительных предприятий и источников перерабатываемых на них руд приведен в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Горно-обогатительные мощности

ГОК/Предприятие

Сырьевая база

Производитель-
ность, млн т руды в год

"Норильский никель"

Талнахская обогатительная фабрика

Месторождение "Октябрьское" (рудники "Октябрьский", "Таймырский"), месторождение "Талнахское" (рудник "Комсомольский"), месторождение "Норильск-1" (рудник "Заполярный")

7,5

Норильская обогатительная фабрика

Месторождение "Октябрьское" (рудники "Октябрьский", "Таймырский"), месторождение "Талнахское" (рудник "Комсомольский")

8

Обогатительная фабрика (Кольская ГМК)

Месторождения "Ждановское", "Заполярное", "Котсельваара", "Семилетка"

До 8,25

РМК

Александринская горно-рудная компания

Рудники "Александринский", "Чебачье", "Маукский"

До 0,8

Ормет

Рудники "Джусинский", "Еленовский", "Весенний"

До 0,82 тыс. т

Михеевский ГОК

Месторождение "Михеевское"

До 18

Томинский ГОК

Месторождение "Томинское"

До 28

УГМК

Гайский ГОК

Гайский открытый рудник, Гайский подземный рудник

До 8

Учалинский ГОК

Учалинский подземный рудник, рудник "Узельгинский"

Около 6

Сибайский филиал Учалинского ГОКа

Месторождения "Сибайское", "Камаганское"

До 1,5

Башкирская медь

Месторождения "Юбилейное", "Дергамышское", группа Подольских месторождений

До 1,5

Сибирь - Полиметаллы

Месторождения "Зареченское", "Рубцовское", "Корбалихинское"

До 1,5

Сафьяновская медь

Месторождение "Сафьяновское": карьер - 1,2 млн т/год+подземный рудник (проектная мощность - 500 тыс. т/год)

До 1,5

Северный медно-цинковый рудник "Святогор"

Месторождения "Волковское", "Тарньреское", "Шемурское (проектная мощность рудника - 700 тыс. т/год), "Ново-Шемурское"

До 2,5

Бурибаевский ГОК

Месторождения "Бурибаевское", "Маканское", "Октябрьское"

До 0,4

Урупский ГОК

Месторождение "Урупское"

До 0,15

Важной составной частью поставляемого для рафинирования и последующей обработки меди сырья являются вторичные материалы (лом цветных металлов), содержащие медь. Медь может быть извлечена из большинства изделий, для изготовления которых она применяется, и возвращена в процесс производства без потери качества при вторичной переработке. Практически 100% вновь образующегося или технологического медного лома перерабатывается; кроме того, согласно некоторым исследованиям, до 95% медного лома старых изделий поступает на рынок и также перерабатывается.

По экспертной оценке, в Российской Федерации вторичное сырье обеспечивает производство 20%-22% (или 175-195 тыс. т) меди.

Так, ЗАО "Новгородский металлургический завод" (ЗАО "НМЗ"), принадлежащий РМК, работает исключительно на вторичном сырье. Предприятия УГМК и РМК используют как первичное, так и вторичное сырье, предприятия "Норильского никеля" в качестве основного сырья при производстве меди используют только первичное сырье (медный концентрат).

     1.2 Производство меди

Территориальное размещение медеплавильных и медерафинировочных предприятий отрасли показано на рисунке 1.2. Перечень производственных предприятий с краткой характеристикой приведен в таблице 1.3.

Рисунок 1.2 - Территориальное размещение предприятий по производству меди

Таблица 1.3 - Общие сведения о предприятиях, производящих медь

Компания

Предприятие

Расположение

Дата ввода в эксплуатацию, год

Производство черновой меди в 2014 году, тыс. т

Производство катодной меди в 2014 году, тыс. т

"Нор-
никель"

Заполяр-
ный филиал

Медный завод

Норильск

1949

321,7

297,55

Надеждинский металлургический завод

1979

Кольская ГМК

"Североникель"

Мончегорск

1939

15,8

57,39

УГМК

"Уралэлектромедь"

Верхняя Пышма

1934

Не производит

388,22

Кировград (филиал ППМ)

Нет данных

67,7

Не производит

СУМЗ

Ревда

1940

142,9

Не производит

ММСК

Медногорск

1939

40,9

Не производит

"Святогор"

Красноуральск

1931

83,4

Не производит

РМК

"Карабашмедь"

Карабаш

Нет данных

102,67

Не производит

КМЭЗ

Кыштым

1908

Не производит

114,2

НМЗ

Великий Новгород

2003

Не производит

34,47

Уралгидромедь

Полевской

2005

Нет данных

_______________

Для Надеждинского металлургического завода основное производство - никелевое. В части производства меди перерабатывает медный концентрат участка разделения файнштейна обжигового цеха никелевого завода с получением медных анодов.

Завод основан Никитой Демидовым в 1757 году, многие годы выпускал железо всемирно известной марки "Два соболя". В начале XX века завод был перепрофилирован и в 1908 году первым в России приступил к электролитическому рафинированию меди.

Гидрометаллургический процесс: экстракция - реэкстракция - электроэкстракция.

     1.3 Потребление меди

Производственные мощности по выпуску рафинированной меди и полуфабрикатов в Российской Федерации превышают внутренний спрос. Об этом свидетельствуют данные экспорта меди за 2014 год: поставки медных катодов на внешние рынки составили 374,1 тыс. т, а медной катанки - 283,2 тыс. т (см. рисунок 1.3). Импорт меди присутствует в качестве готовой медной продукции, которой в 2014 году в Российской Федерации было поставлено порядка 40 тыс. т.

Рисунок 1.3 - Импорт/экспорт меди и продукции на ее основе, тыс. т [ФТС]

Рафинированная медь является основным сырьем для производства медных полуфабрикатов. Объем выпуска полуфабрикатов из меди и медных сплавов в 2014 году составил 750,6 тыс. т (по содержанию меди). Большая часть производства - 91% - приходится на выпуск медной катанки, 8% - на выпуск цветного проката и 1% - на медный порошок (см. рисунок 1.4).

Рисунок 1.4 - Производство полуфабрикатов [ЗАО "Цветметобработка"]

Производство цветного проката в 2014 году составило 67 тыс. т (или 56,3 тыс. т по содержанию меди). В структуре производства основная часть приходится на выпуск плоского медного проката - 32% и на профили и сорт (в том числе прутки) из медных сплавов - 28%. В сумме данные группы продуктов занимают больше половины (60%) производства (см. рисунок 1.5).

_______________

Объемы производства учитываются по пяти основным предприятиям, входящим в сбытовую ассоциацию на базе ЗАО "Цветметобработка": ОАО "Каменск- Уральский завод ОЦМ", ЗАО "Кольчугцветмет", ОАО "Кировский завод ОЦМ", ОАО "Ревдинский завод ОЦМ", ООО "Гайский завод ОЦМ".

Рисунок 1.5 - Структура производства цветного проката

Потребителями медных полуфабрикатов являются такие отрасли и сектора, как производство кабельной продукции, производство электрооборудования, машиностроение, транспорт, строительство и др.

     1.4 Основные экологические проблемы

В выбросах предприятий цветной металлургии в целом и медеплавильных заводов в частности основные объемы загрязняющих веществ приходятся на такие элементы, как диоксид серы, пыль, оксиды азота, оксид углерода, металлы и их соединения (в зависимости от состава исходного сырья это, прежде всего, кадмий, медь, мышьяк, ртуть, свинец и др.), летучие органические соединения (общие и органический углерод), полихлордибензодиоксины/фураны (ПХДД/Ф).

Исторически наиболее острой экологической проблемой, связанной с производством меди из первичного сырья, являются выбросы диоксида серы, составляющие 75%-80% от общего объема загрязняющих веществ в отходящих газах, образующихся при обжиге и плавке сульфидных концентратов. Эта проблема была эффективно решена, например, на медеплавильных заводах ЕС, и в настоящее время в среднем 98,9% серы извлекается из выбросов и используется для производства серной кислоты и жидкого диоксида серы. В Российской Федерации также происходит постепенный рост процента улавливания диоксида серы в отходящих газах, выбрасываемых предприятиями цветной металлургии, однако отрасль сохраняет второе место по объемам выбросов этого загрязняющего вещества (см. таблицу 1.4).

Таблица 1.4 - Примерное распределение выбросов диоксида серы по основным отраслям-загрязнителям [6]

Отрасль

Доля, %

Электроэнергетика (тепловые станции)

58,6

Цветная металлургия

18,5

Черная металлургия

17,6

Химическая и нефтеперерабатывающая промышленность

5,3

Всего

100

По выбросам пыли цветная металлургия также является одной из основных отраслей-загрязнителей, хотя здесь ее доля существенно меньше и составляет 2,8%.

Основные экологические проблемы при производстве вторичной меди также связаны с отходящими газами, образующимися при работе различного типа печей. Например, при наличии небольших количеств хлора во вторичном сырье имеется вероятность образования ПХДД/Ф, в связи с чем предпринимаются усилия по решению вопроса об уничтожении этих опасных соединений.

Все больше внимания как при первичном, так и при вторичном производстве меди уделяется неорганизованным выбросам. Для улавливания неорганизованных выбросов технологических газов необходимо тщательное проектирование технологических установок и процессов.

Используемая при производстве меди вода в основном циркулирует в замкнутых циклах, и сброс промышленных стоков в водные объекты предприятиями отрасли незначителен. В тех случаях, когда такой сброс происходит, в стоках могут содержаться ионы таких металлов, как железо, кадмий, медь, мышьяк, никель, олово, ртуть, свинец, сурьма, цинк. Стоки также могут обладать повышенными значениями показателя кислотности за счет присутствия серной и (существенно реже и в существенно меньших объемах) соляной и плавиковой (фтористоводородной) кислот.

Качество вторичного сырья значительно варьируется, и многие источники не позволяют прямо использовать эти материалы при производстве полуфабрикатов. В этом смысле предприятиям отрасли для получения отсортированного материала необходимой чистоты приходится полагаться на ломозаготовителей, и, хотя для лома существуют согласованные спецификации, качество и чистота лома могут меняться в широком диапазоне. В связи с этим могут быть необходимы дополнительные системы очистки и (или) сокращения выбросов, образующихся при плавке ломов недостаточной чистоты.

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 сопоставимо с ее содержанием в перерабатываемых рудах). Переработка и использование отвальных шлаков для строительной отрасли нередко ограничиваются экономическими факторами, в частности стоимостью транспортировки до мест конечного потребления таких материалов.

     Раздел 2. Описание технологических процессов и методов, применяемых при производстве меди и ее сплавов из первичного и вторичного сырья

В производстве меди используется множество технологических процессов, разнообразное оборудование и различные методы. Для ясного представления излагаемой информации эти процессы и различия необходимо рассматривать в логическом порядке.

Методы снижения воздействия производственных установок на окружающую среду можно условно разделить на три категории:

  1. 1) Методы управления/менеджмента - методы, связанные с системами и процедурами управления проектированием и эксплуатацией производственного процесса, а также с подготовкой операторов и другого персонала.

  2. 2) Методы, интегрированные в производственный процесс, - это главным образом методы, связанные с предупреждением или снижением эмиссий, образующихся при реализации таких видов деятельности, как хранение, химические реакции, разделение и очистка различных материалов и веществ.

  3. 3) Методы борьбы с загрязнением - это методы "на конце трубы", направленные на сокращение эмиссий в воздух, водные объекты и на почву.

В настоящем разделе кратко описаны основные методы, которые применяются при производстве меди. Там, где возможно, отдельно указываются методы, направленные на предотвращение или снижение эмиссий применительно к конкретным компонентам окружающей среды (воздух, вода, почва). В настоящем разделе также рассматривается, где и на каких этапах производственного цикла могут быть применены эти методы для совершенствования существующих процессов.

     2.1 Системы менеджмента

Эффективный менеджмент имеет существенное значение для достижения высокой результативности природоохранной деятельности. Это важный компонент НДТ. Практика показывает, что наблюдаются значительные различия между экологической результативностью процесса, который управляется и реализуется хорошо, и аналогичного процесса, который управляется и реализуется плохо. Наиболее значимыми факторами, определяющими эту разницу, являются системы менеджмента и информационного взаимодействия.

Достижение высокой результативности требует приверженности принципам экологического менеджмента на всех уровнях менеджмента в компании: от правления или иного органа, определяющего политику компании, до руководителей объектов, участков и непосредственных операторов. Система должна определять цели и задачи и обеспечивать доведение до исполнителей соответствующих инструкций, а также информации о результатах деятельности. Стандартизированные на международном уровне (а) системы экологического менеджмента, определяемые требованиями стандарта ISO 14001 [7]; (б) системы менеджмента в области охраны здоровья и безопасности в соответствии с требованиями стандарта OHSAS 18001 [8]; (в) системы менеджмента качества, построенные на основе требований стандарта ISO 9000 [9], позволяют формализовать системы менеджмента компаний и предприятий.

Хотя применение этих стандартов не является обязательным требованием, владельцам/операторам соответствующих установок следует учитывать преимущества, которые может обеспечить их внедрение. Применяемые в рамках соответствующих систем менеджмента методы также могут способствовать улучшению экономических показателей за счет повышения эффективности производства, снижения затрат на энергетические ресурсы и утилизацию отходов, повышения выхода металла. Таким образом, применение этих методов является важным фактором повышения результативности работы современной установки.

     2.2 Энергетический менеджмент и энергоэффективность

Вопросы использования энергии при оценке НДТ в цветной металлургии в целом и при производстве меди в частности имеют существенное значение. Так, например, существенная доля в общем производстве меди обеспечивается за счет вторичных ресурсов. Поскольку удельные прямые выбросы плавильных заводов, перерабатывающих лом, в 4 раза ниже, чем выбросы плавильных заводов, работающих на первичном сырье, изготовление медных катодов из вторичных материалов исключает выбросы сотен тысяч тонн загрязняющих веществ и СО.

Основным методом повышения энергоэффективности является использование систем энергоменеджмента, описанных в международном стандарте ISO 50001 [10] или национальном стандарте ГОСТ Р ИСО 50001 [11].

Утилизация энергии и тепла широко применяется и при производстве меди. Пирометаллургические процессы обычно сопровождаются интенсивным выделением тепла, содержащегося, в частности, в отходящих газах. Поэтому для утилизации тепла используются регенеративные и рекуперативные горелки, теплообменники и котлы. Пар или электроэнергия могут вырабатываться на заводе как для собственного использования, так и для внешних потребителей, например для муниципальных систем отопления, и для подогрева материалов или газообразного топлива [12]. Технологии, применяемые для рекуперации тепла на различных объектах, могут существенно различаться. Их характеристики зависят от целого ряда факторов, таких как эксергетический КПД, возможные направления использования тепла и электроэнергии на промплощадке или рядом с ней, масштаба производства и способности газов или содержащихся в них компонентов откладываться или осаждаться в теплообменниках.

Ниже приведены примеры методов, которые могут быть использованы для применяемых технологических процессов производства меди [12].

Горячие газы, образующиеся при плавке или обжиге сульфидных руд, почти всегда проходят через паровые котлы. Получаемый пар может использоваться для производства электроэнергии или для отопления. Помимо генерации электроэнергии, пар используется в процессе сушки концентрата, а остаточное тепло используется для предварительного подогрева воздуха, поступающего для поддержания горения.

Другие пирометаллургические процессы также имеют ярко выраженный экзотермический характер, особенно при использовании дутья, обогащенного кислородом. Многие процессы используют избыток тепла, которое образуется на этапах плавки или конвертирования вторичных материалов без потребления дополнительного топлива. Например, отходящее тепло конвертера Пирса-Смита используется для плавки анодного лома. В этом случае лом используется для снижения температуры процесса, причем состав лома тщательно контролируется. Это позволяет избежать необходимости охлаждения конвертера другими способами на различных этапах технологического цикла. Добавка лома для охлаждения может применяться и во многих других типах конвертеров, а те, в которых этот метод пока не может быть реализован, должны быть реконструированы таким образом, чтобы обеспечить применение этого метода.

Использование в горелках обогащенного кислородом воздуха или кислорода сокращает потребление энергии за счет возможности автогенной плавки или полного сгорания углеродных материалов. Объемы отходящих газов существенно сокращаются, что позволяет применять вентиляторы меньших размеров и т.п.

Материал футеровки печи может также влиять на энергетический баланс плавки. Имеются данные о положительном эффекте применения легких огнеупорных материалов, снижающих теплопроводность и нагрев производственного помещения [13]. При этом необходимо сбалансировать получаемые от этого выгоды со сроком службы футеровки, инфильтрацией металлов в футеровку.

Раздельная сушка концентратов и сырья при низких температурах сокращает потребность в энергии. Это связано с объемом энергии, необходимой для перегрева пара в плавильной печи, и значительным увеличением общего объема газа при производстве пара. Больший объем газа увеличивает количество тепла, отводимого из печи, и, следовательно, размер вентилятора, необходимого для работы с увеличенным объемом газа. В некоторых случаях сушка может быть обусловлена необходимостью поддержания минимального уровня влажности для предотвращения выбросов пыли и (или) самовозгорания.

Производство серной кислоты из диоксида серы, образующегося на стадиях обжига и плавки, - экзотермический процесс, включающий несколько стадий охлаждения газа. Тепло, накапливаемое в газе при конвертировании, а также тепло, содержащееся в произведенной кислоте, может быть использовано для производства пара и (или) горячей воды.

Тепло утилизируется путем использования горячих газов со стадий плавки для предварительного подогрева шихты. Аналогичным образом топливный газ и подаваемый для поддержания горения воздух могут быть предварительно подогреты, или в печи может быть использована рекуперационная горелка. Термоэффективность в этих случаях повышается. Например, почти все шахтные печи для плавки катодов/медного лома используют природный газ; проектные параметры предполагают термоэффективность (эффективность использования топлива) от 58% до 60% в зависимости от диаметра и высоты печи. Потребление газа составляет примерно 330 кВт·ч на тонну металла. Эффективность шахтной печи высока, прежде всего благодаря подогреву шихты внутри печи. Отходящие газы могут содержать остаточное тепло, которое может быть использовано для подогрева воздуха и газа, подаваемых для поддержания горения. Устройство аппаратного обеспечения рекуперации тепла требует отвода отходящих печных газов через теплообменник подходящих размеров, вытяжной вентилятор и воздуховоды. Утилизируемое тепло составляет примерно от 4% до 6% потребляемого печью топлива.

Важным методом является охлаждение отходящих газов перед подачей в рукавный фильтр, поскольку оно обеспечивает температурную защиту фильтра и допускает более широкий выбор материалов для его изготовления. В некоторых случаях на этой стадии возможна утилизация тепла. Например, при типичной компоновке шахтной печи для плавки металла газы из верхней зоны печи отводятся на первый из двух теплообменников, производящих подогрев воздуха, используемого для поддержания горения. Температура газов после прохождения через этот теплообменник может составлять от 200°С до 450°С. Второй теплообменник уменьшает температуру газа перед подачей на рукавный фильтр до 130°С. После теплообменников обычно устанавливается циклон, который удаляет крупные частицы и служит искрогасителем.

Образующаяся в электрической или шахтной печи окись углерода улавливается и сжигается в качестве топлива в нескольких различных процессах или используется для производства пара, например для местного отопления, а также на другие энергетические нужды. СО может образовываться в существенных объемах, и можно привести целый ряд примеров, когда большая часть энергии, используемой установкой, производится на основе СО, улавливаемого в электродуговой печи. В других случаях СО, образующийся в электрической печи, в ней же и сжигается, обеспечивая часть тепла, необходимого для процесса плавки. Применимость этого метода может быть ограничена составом отходящих газов либо типом технологического процесса (например, периодическим его характером).

Значительную экономию энергии также обеспечивает вторичное использование загрязненных отходящих газов в кислородно-топливной горелке. Горелка использует остаточное тепло газа, энергию содержащихся в нем примесей и разрушает последние [14]. С помощью этого процесса можно также сократить выбросы оксидов азота.

Часто практикуется использование тепла газов или пара для увеличения температуры выщелачивающих растворов. В некоторых случаях часть газового потока может отводиться на скруббер для отдачи тепла в воду, которая затем используется для целей выщелачивания. Охлажденный газ затем возвращается в основной поток для дальнейшей очистки.

Во время переплавки электронного либо батарейного лома горючий пластик вносит свой вклад в энергию, которая используется в процессе плавки и сокращает объем необходимого ископаемого топлива.

Преимущества предварительного нагрева воздуха, подаваемого для поддержания горения, подтверждены многими документами. Если воздух подогревается на 400°С, рост температуры пламени составляет 200°С, а если предварительный подогрев составляет 500°С, температура пламени растет на 300°С. Такое увеличение температуры пламени обеспечивает более высокую эффективность плавки и сокращение потребления энергии. Имеются сведения о регенеративных горелках, подогревающих подаваемый воздух до 900°С, что сокращает потребление энергии на 70%. Этот метод хорошо освоен, и достигнутый срок окупаемости составляет менее одного года.

Альтернативой нагреву подаваемого для поддержания горения воздуха является подогрев шихты. Теоретически каждые 100°С предварительного нагрева обеспечивают 8% экономии энергии; практические данные свидетельствуют, что подогрев на 400°С ведет к экономии 25% энергии, в то время как подогрев на 500°С ведет к экономии 30% энергии.

Во многих обстоятельствах предварительная сушка сырья обеспечивает энергосбережение, потому что скрытое тепло, аккумулируемое в образующемся паре, не теряется, кроме того, уменьшается объем газов, следовательно, вентиляторы и газоочистки тоже могут быть меньшими по размеру и потреблять меньше энергии.

Отходящие газы анодных печей можно использовать при сушке и на других этапах технологического процесса. Горячие газы, улавливаемые над литейными желобами, могут использоваться для поддержания горения.

Вторичное использование тепла и энергии - несомненно, важный фактор для предприятий цветной металлургии, отражающий высокую долю энергозатрат в себестоимости. Многие методы вторичного использования энергии относительно легки для применения при модернизации существующих производств [12], однако иногда могут возникать проблемы, связанные с отложением металлов в теплообменниках. Поэтому в основе качественного проектирования должны лежать достоверные знания о выбрасываемых компонентах и их поведении при различных температурах. Для поддержания высокой термоэффективности также используются системы очистки теплообменников.

Поскольку эти методы экономии являются примерами экономии на отдельных компонентах установок, их применение и экономическая эффективность зависят от специфических условий конкретной промышленной площадки и технологического процесса.

     2.3 Предварительная обработка, подготовка и транспортировка сырья

Руды, концентраты и вторичное сырье нередко поступают на производство в такой форме, в которой они не могут быть использованы непосредственно в основном процессе. Из соображений контроля качества и безопасности могут быть необходимы их сушка/размораживание, радиационный и пироконтроль. Размер фракций материала бывает необходимо увеличить или уменьшить, чтобы интенсифицировать химические процессы или снизить окисление. Для обеспечения металлургических процессов могут добавляться специальные добавки, такие как уголь, кокс, флюсы и (или) другие шлакообразующие материалы. Флюсы добавляют, чтобы оптимизировать процесс извлечения основного металла и отделить примеси. Для того чтобы избежать проблем с очисткой выбросов и для повышения скорости плавки может потребоваться удаление защитных покрытий.

Все эти методы применяются для получения стабильной и надежной смеси исходных материалов (шихты), используемой в основном технологическом процессе.

     2.3.1 Размораживание

Размораживание выполняется с целью последующей обработки смерзшихся материалов. Его приходится проводить, например, когда руды, концентраты или твердое ископаемое топливо (прежде всего уголь) выгружаются из железнодорожных составов или судов в зимний период.

     2.3.2 Сушка

Процессы сушки используются для обеспечения качества исходных материалов, соответствующего требуемым характеристикам основных технологических процессов. При выборе способов сушки необходимо учитывать экономические аспекты, доступность, надежность и особенности источников энергии, используемых при различных методах сушки, например вращающихся сушилок, паровых и других установок непрямой сушки.

Наличие избыточного количества влаги в шихте может быть нежелательным по нескольким причинам:

- Резкое (взрывное) образование больших объемов пара в горячей печи может привести к аварии.

- Вода может провоцировать переменную потребность в тепловой энергии, что нарушает управляемость процесса и может тормозить автотермический процесс.

- Раздельная сушка при низких температурах уменьшает потребности в энергии. Это связано с сокращением потребления энергии, необходимой для перегрева пара в плавильной печи, который существенно увеличивает объемы и создает проблемы с эвакуацией газов из печи и дальнейшей их утилизацией.

- Может возникать химическая коррозия установки и трубопроводов.

- Водяной пар при высоких температурах может реагировать с углеродом с образованием Н и СО или угольной кислоты.

- Большие объемы пара могут вызвать неорганизованные выбросы, поскольку объемы технологических газов могут оказаться слишком велики и превысить мощности системы газоулавливания и газоочистки.

Сушка обычно осуществляется за счет прямого нагрева материала от сгорания топлива либо за счет косвенного нагрева с помощью теплообменных аппаратов, в которых циркулируют горячий пар, газ или воздух. Тепло, выделяемое пирометаллургическими процессами, например в анодных печах, также часто используется для этой цели, равно как и содержащие СО отходящие газы, которые могут сжигаться с целью сушки сырья. Используются вращающиеся печи и сушилки с псевдосжиженным слоем. Высушенный материал, как правило, очень сильно пылит, поэтому для улавливания и очистки газов с высоким содержанием пыли применяются специальные системы. Собираемая пыль возвращается в технологический процесс. Высушенные руды и концентраты также могут быть пирофорными, что учитывается при проектировании системы улавливания и очистки выбросов. Отходящие газы сушильной установки могут содержать SO, поэтому возникает необходимость в их очистке от соединений серы.

     2.3.3 Дробление, измельчение и грохочение

Дробление, измельчение и грохочение применяются для уменьшения размера частиц продуктов или сырья с целью их дальнейшей переработки. Используются различные виды дробильных установок, такие как валковые, щековые, молотковые дробилки и мельницы с различным типом мелющих тел. Влажные или сухие материалы измельчают и, при необходимости, смешивают. Выбор того или иного оборудования определяется свойствами обрабатываемых исходных материалов. Главным потенциальным источником выбросов пыли является сухое дробление, поэтому здесь всегда используются системы пылеулавливания, собранная пыль из которых обычно возвращается в технологический процесс. Измельчение влажных материалов практикуется в тех случаях, когда образование пыли может вызвать серьезные проблемы и когда за измельчением непосредственно следует стадия мокрой обработки.

Гранулирование используется, в частности, для отходов производства и формирования мелких частиц шлака, которые могут применяться при пескоструйной обработке, противоскользящей подсыпке автодорог в зимний период времени. Расплавленный шлак подается в ванну с водой или пропускается через поток воды. Гранулирование также используется при производстве металлических продуктов. В процессе грануляции могут образовываться мелкодисперсные пыли и аэрозоли, выбросы которых необходимо собирать и возвращать в технологический цикл.

Вторичным источником целого ряда цветных металлов являются отработанные электронные устройства, которые измельчаются для отделения пластика и других материалов от металлических компонентов, таким образом, появляется еще и этап разделки.

     2.3.4 Приготовление шихты

Приготовление шихты предусматривает собственно смешивание руд или концентратов различного качества и введение в состав образующихся смесей флюсов или восстанавливающих агентов в определенных пропорциях с целью получения стабильного заданного состава смеси (шихты) для переработки в основном технологическом процессе. Приготовление шихты может осуществляться на собственных смесительных установках на стадии измельчения или во время транспортировки, хранения и сушки. Точность требуемого состава смеси достигается с помощью установок для усреднения шихты, систем дозирования, конвейерных весов или с учетом объемных параметров погрузочной техники. Приготовление шихтовой смеси может быть связано с образованием значительных объемов пыли, поэтому используются системы, обеспечивающие высокую степень улавливания, фильтрации и возврата пыли. Собранная пыль, как правило, возвращается в технологический процесс. С целью уменьшения пылеобразования иногда применяется приготовление влажных шихт. Для этой цели также могут также использоваться покрывающие и связывающие агенты. В зависимости от характера технологического процесса перед дальнейшей обработкой, например перед спеканием, может потребоваться брикетирование/гранулирование.

     2.3.5 Брикетирование, гранулирование, окатывание и другие методы компактирования

Для обработки мелкодисперсных концентратов, пылей и других вторичных материалов используются различные методы компактирования и укрупнения, включающие прессование проволоки или мелкоразмерного лома, изготовление брикетов, окатывание, гранулирование (как упоминалось выше).

После добавления связующих или воды смесь подают в пресс для получения прямоугольных брикетов или во вращающийся барабан, диск или смесительную установку для получения гранул (окатышей). Связующий материал должен иметь такие свойства, чтобы брикеты, с одной стороны, обладали достаточной устойчивостью и не разрушались при подаче в печь, а с другой - легко обрабатывались (имели хорошую газопроницаемость). Используются различные типы связующих, например лигносульфонат (побочный продукт целлюлозно-бумажной промышленности), меласса и известь, силикат натрия, сульфат алюминия или цемент. Для повышения прочности брикетов/гранул могут также добавляться различные смолы. Грубые фракции отфильтрованной пыли с фильтров печей и фильтров, используемых на стадии дробления и грохочения, перед брикетированием могут смешиваться с другими материалами.

Также для уменьшения пыления на последующих стадиях технологического процесса могут использоваться пылеподавляющие, покрывающие и связывающие агенты.

     2.3.6 Снятие покрытий и обезжиривание

Операции по снятию покрытий и обезжириванию обычно выполняются применительно к вторичному сырью для снижения содержания органических веществ в материалах, обрабатываемых в рамках некоторых основных процессов. При этом используются процессы промывки и пиролиза. Извлечь масла и снизить нагрузку на термические системы можно с помощью центрифугирования. Существенные изменения в содержании органических веществ могут приводить в некоторых печах к неэффективности процесса горения и образованию больших объемов печных газов, содержащих остаточные органические соединения. Наличие покрытий может также значительно уменьшить скорость плавки [15], [16]. Эти факторы могут вызвать значительные выбросы дыма, ПХДД/Ф и металлической пыли, если системы газоулавливания и сжигания недостаточно надежны. Могут возникать искры или горящие частицы, что может причинить значительный ущерб газоочистному оборудованию. Удаление покрытий из загрязненного металлолома внутри общей печи во многих случаях менее эффективно, чем удаление покрытий из измельченного материала в отдельной печи, поскольку в первом случае образуется большего* шлака [15], однако некоторые печи специально предназначены для переработки органических примесей.

________________

* Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

Удаление масла и некоторых покрытий осуществляется в специальных печах, например в сушилках для стружки. В большинстве случаев для испарения масел и воды используется вращающаяся печь, работающая при низкой температуре. Применяется как прямой, так и косвенный нагрев материала. Для разрушения органических продуктов, образующихся в печи, используется дожигательная камера, работающая при высокой температуре (более 850°С), а отходящие газы, как правило, подаются на рукавный фильтр.

Для удаления изоляции с проводов и покрытий с других материалов также часто применяется механическая зачистка. В некоторых случаях применяются криогенные методы, облегчающие удаление покрытий за счет придания им хрупкости. Также может использоваться промывка с помощью растворителей (иногда хлорированных) или с помощью моющих средств. Наиболее распространенными являются системы испарения растворителей со встроенными конденсаторами. Эти процессы также применяются для обезжиривания производимой продукции. В этих случаях для предотвращения загрязнения воды используются системы водоочистки.

     2.3.7 Методы сепарации

Эти процессы применяются для удаления примесей из сырья перед его использованием.

Методы сепарации чаще всего применяются для обработки вторичного сырья, а наиболее распространенной является магнитная сепарация, позволяющая удалять железные предметы. Для предварительной обработки потоков отходов, такой как удаление батарей, контактировавших с ртутью элементов и других частей электронного оборудования, применяются ручные и механические методы сепарации. Сепарация позволяет извлечь с помощью специальных процессов больший объем металлов. Для обогащения использованных выщелачивающих растворов и извлечения меди из печных шлаков также используется флотация. Для отделения тяжелых частиц применяются отсадочные установки [17].

Магнитная сепарация применяется для удаления кусков железа, чтобы уменьшить загрязнение сплавов. Обычно используемые для сепарации магниты устанавливаются над конвейерами.

Другие методы сепарации предусматривают использование цветовых, ультрафиолетовых, инфракрасных, рентгеновских, лазерных и других систем обнаружения в сочетании с механическими или пневматическими сортировщиками.

     2.3.8 Системы транспортировки и загрузки

Эти системы используются для передачи сырья, полупродуктов и готовой продукции между стадиями обработки. Применяются методы, подобные тем, которые используются для сырья, и для них характерны те же проблемы, связанные с образованием, улавливанием и извлечением выбросов пыли. В основном применяются механические системы, но также большое распространение получили пневматические системы транспортировки, где в качестве носителя применяется воздух, и которые способны наряду с транспортировкой выровнять различия в составе шихты.

Предварительно подготовленные материалы могут быть еще суше, чем сырье, и поэтому для предотвращения выбросов пыли применяются более качественные методы сбора и очистки. Конвейеры для транспортировки пылящих материалов, как правило, закрыты, и в этих случаях в чувствительных зонах, таких как точки перегрузки с одного конвейера на другой, устанавливаются эффективные системы улавливания и очистки выбросов. В качестве альтернативы используют распыление воды. Для предотвращения разноса материала при обратном ходе ленты на конвейерах устанавливаются нижние очищающие скребки. Для транспортировки сыпучих материалов часто используются пневматические системы.

Некоторые материалы поступают в бочках, мешках (биг-бегах, МКР) или в другой упаковке. Если материал пылит, то его выгрузка из упаковки должна осуществляться с использованием пылеулавливающих систем, например герметичных устройств с аспирацией, при орошении водой или в закрытых помещениях. В некоторых случаях целесообразно смешивание этих материалов с водой или увлажненным сырьем, при условии, что исключены нежелательные химические реакции. В противном случае предпочтительна их раздельная обработка в закрытых системах.

     2.4 Производственные процессы

Существует несколько процессов/комбинаций процессов для производства и плавки меди и медных сплавов. В приложении Б (Б.1, Б.2 и Б.3) содержатся общие обзоры технологических процессов и оборудования, характерных для пирометаллургических, гидрометаллургических и электролитических процессов производства меди. В настоящем подразделе приводится характеристика основных процессов и методов производства меди по технологическим переделам.

     2.4.1 Производство первичной меди

Первичную медь (из рудного первичного сырья) можно получать с помощью пирометаллургических и гидрометаллургических процессов. В настоящее время основным сырьем (свыше 85% исходного сырья) для пирометаллургического процесса получения первичной меди являются медные и коллективные сульфидные концентраты (содержание Сu - от 15% до 45%). В меньшей степени используются оксидные/сульфидные полиметаллические руды и еще реже - битуминозные руды. Сульфидные концентраты состоят из сложных медно-железных сульфидов, которые получают путем флотации из руд с содержанием меди от 0,2% до 3%. Дополнительно при производстве первичной меди используют флюсы (кварциты, известь, песок и т.д.), добавки/реагенты (железо, углерод и т.д.) и вторичное сырье (медный лом, дроссы, известковый шлам, отработанные абразивные материалы, шлак, пыль и т.д.) [18]. Описание общих процессов приведено ниже.

2.4.1.1 Пирометаллургический способ

Пирометаллургический способ включает ряд этапов в зависимости от типа перерабатываемого концентрата. Большая часть концентратов сульфидные, и этапы их переработки включают обжиг, плавку, конвертирование, рафинирование и электролитическое рафинирование. Краткая характеристика всех видов печей, упоминаемых в данном разделе, представлена в Б.1, а более детальные описания приводятся в соответствующих подразделах настоящего раздела [19].

2.4.1.1.1 Обжиг медных концентратов

Обжиг в металлургии меди используют при переработке высокосернистых бедных по меди концентратов и руд. Цель обжига состоит в удалении части серы и окислении некоторого количества железа для перевода их оксидов в шлак при последующей плавке. В шихту, как правило, вводят флюсующие добавки (кварц, известняк) для получения шлака выбранного состава. При обжиге решаются и другие задачи: получение газов, пригодных для получения серной кислоты, усреднение, разогрев шихты.

Основным способом обжига медных концентратов является обжиг в кипящем слое (КС). Сущность обжига в КС состоит в продувке слоя шихты восходящим потоком воздуха или обогащенного кислородом дутья со скоростью, обеспечивающей "кипение" материала. Обжиг в КС - высокопроизводительный процесс, конструкция обжиговых печей проста, процесс легко механизируется и автоматизируется. Отходящие газы содержат 12%-14% SO, их используют для получения серной кислоты.

Обжиговая многоподовая печь (в цветной металлургии) - вертикальная цилиндрическая печь для обжига шихтовых материалов. Рабочее пространство многоподовой печи разделено по высоте на несколько ярусов кирпичными подами, каждый из которых является сводом для нижерасположенного яруса. Обжигаемый материал перемещают вращающиеся гребки (перегребатели) по спирали от периферии к центру на нечетных подах и от центра к периферии - на четных, где он пересыпается ниже через пересыпные отверстия. В обжиговой механической многоподовой печи навстречу движению шихты идет поток газов. Окислитель - воздух - поступает снизу через отверстие для выгрузки огарка, сбоку через специальные окна проходит по всем подам и выходит из печи сверху через газоход.

2.4.1.1.2 Плавка концентрата на штейн

Перед плавкой концентратов в печах взвешенной плавки, чтобы снизить содержание в них влаги с 7%-8%, их сушат до примерно 0,2%. Для плавки в шахтных печах концентрат высушивается до 3,5%-4% и брикетируется.

Для сушки медных концентратов используется два типа сушилок:

- роторные сушилки, обогреваемые горячими отходящими газами, образующимися при сгорании топлива;

- паровые сушилки со змеевиком.

Роторная сушилка представляет собой вращающийся барабан. Горячий газ, получаемый при сжигании природного газа, контактирует с влажным концентратом, и содержащаяся в концентрате вода переходит в газ.

Паровые сушилки нагреваются паровыми змеевиками. Производительность зависит от давления пара; за счет увеличения давления до 18-20 бар производительность может возрастать. Для поглощения влаги из концентрата через него продувается небольшое количество воздуха.

Обычно обжиг и плавку проводят одновременно в одной печи при высоких температурах для получения расплава, который можно разделить на штейн (сплав сульфидов металлов) и шлак, состоящий из оксидов. Флюсы, содержащие оксиды кремния и кальция, обычно добавляют к расплаву для образования шлака. Отходящие газы поступают на переработку, где служат сырьем для производства серной кислоты, реже - жидкого SO или элементарной серы. Этап плавки служит для отделения сульфида меди от других твердых примесей, присутствующих в руде, путем образования силикатов, в частности силикатов железа. Это возможно из-за более высокого сродства меди к сере по сравнению с другими металлическими примесями.

При переработке медного концентрата с низким содержанием серы и высоким содержанием органического углерода отходящие газы с высоким энергетическим потенциалом могут быть использованы в качестве дополнительного источника при производстве электроэнергии.

Существует два базовых процесса плавки: плавка в жидкой ванне и плавка в газовой среде (взвешенная плавка). В процессе плавки в газовой среде (взвешенной плавки) применяют обогащение дутья кислородом для получения автогенного или почти автогенного режима. Использование кислорода также повышает концентрацию диоксида серы, что позволяет эффективнее утилизировать отходящие газы в установках, использующих серу (обычно для производства серной кислоты или жидкого диоксида серы). В таблице 2.1 представлена информация о процессах плавки, применяемых в производстве первичной меди.

Таблица 2.1 - Технологии выплавки первичной меди [20]

Технология плавки

Характеристики применения

Примечания.

Применимость
в производстве

Экологическая результативность: возможности или ограничения

Уровень производства: возможности и (или) ограничения

Комментарий

Шахтная печь

Общеприменим

Высокая при сочетании с процессами рекуперации тепла и соединений серы из отходящих газов

Используется для многих видов концентратов и шихтовых материалов, включая вторичное сырье и окисленные руды

Высокое содержание углерода усложняет применение других технологий из-за высвобождения тепла

Частичный обжиг с последующей плавкой в отражательной печи

Общеприменим

Высокая

Ограничение по
производительности

В качестве вероятного ограничения может выступать размер обжиговой или отражательной печи

Взвешенная плавка Оutotec

Общеприменим

Высокая

В одной печи достигается высокая скорость плавки; в зависимости от конструкции печи и типа концентрата возможно достижение производительности до 400000 т черновой меди в год

Признан по всему миру как "стандарт" производства первичной меди

Плавка Ausmelt/ISAS MELT

Общеприменим

Высокая

Верхний предел производительности единичной печи не проверялся

Возможности для дальнейшего совершенствования

Агрегат совмещенной плавки-конвертирова-
ния

Общеприменим

Высокая

Ограничено размерами агрегата

Ограничение по содержанию О в дутье

Процесс Ванюкова

Шесть промышленных печей в России и Казахстане

высокая

Отсутствуют

Технология перспективная, есть возможность совершенствования

Плавка в отражательной печи

Широкое применение

Имеются серьезные ограничения

Ограничение скорости плавки в одной печи

Наличие большого количества дымовых газов с низким содержанием SO ограничивает возможность их утилизации в сернокислотном производстве

Плавку в жидкой ванне проводят в ряде специальных печей, таких как отражательная печь, электропечь, печи Asmelt/ISASMELT, Noranda, Mitsubishi, El Teniente, Baiyin и Ванюкова [21], [22]. Все эти технологии основаны на процессах плавки и окисления, происходящих в расплавленной ванне, с разделением шлака и штейна и выпуском металла разными способами. Для некоторых печей не требуется предварительной сушки концентрата, однако перегретый водяной пар увеличивает объем газа и снижает энергетическую эффективность процесса. Различия между этими процессами могут быть значительными, например, в расположении точек подачи воздуха/кислорода или топлива, а некоторые процессы носят циклический характер. Печи плавки в жидкой ванне обычно эксплуатируются вместе с накопительными емкостями для расплавов миксерами или отдельными отстойниками.

Взвешенную (кислородно-факельную) плавку проводят в печах Outotec или INCO [21], [22]. В процессе Outotec и при циклонных процессах применяется обогащение кислородом, а в процессе INCO используется чистый кислород. При взвешенной плавке происходит окисление и плавка сухого концентрата в форме взвешенных в воздухе частиц. Прореагировавшие частицы падают в отстойник, в котором происходит разделения штейна и шлака; иногда в отстойник для поддержания температуры подается дополнительное топливо. Штейн и шлак затем сливают и подвергают последующей переработке, а газы поступают из печи через вертикальную камеру или шахту в теплообменник. Кислород могут подавать в вертикальную шахту для дожигания пыли в продуктах горения и сульфатизации оксидов металла.

_______________

На Алмалыкском ГМК (Узбекистан) используется аналогичный процесс КФП.

Кроме технологий, перечисленных выше, могут применяться и другие технологии плавки в жидкой ванне или взвешенной плавки [23].

Для выплавки первичной меди из богатой руды на комбинате Североникель используются вертикальные конверторы.

Информация о применении технологий плавки в мире представлена в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Мировое применение технологий плавки при производстве первичной меди [24]

Процесс

Производство черновой меди (1000 т/год)

Взвешенная плавка Outotec

5815

ISASMELT

2255

Ausmelt

1430

Взвешенная плавка и конвертирование Outotec

1120

Процесс Mitsubishi

990

Процесс Teniente

846

Отражательная печь

795

Прямая плавка на черновую медь Outotec

740

Шахтная печь

670

Печь КФП (Inco)

345

Процесс Ванюкова (по данным двух заводов в Российской Федерации)

452,2

Схема полного процесса производства меди из первичного сырья в Российской Федерации представлена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Схема процесса производства первичной меди

2.4.1.1.3 Конвертирование

Для переработки первичного сырья в Российской Федерации применяются процессы конвертирования двух типов: процесс конвертирования штейна и процесс конвертирования черной меди. Процесс конвертирования штейна - это процесс периодического действия (циклический).

Периодический процесс конвертирования штейна

Периодический процесс конвертирования штейна реализуется в два этапа. Чаще всего процесс проводят в цилиндрической бочкообразной печи-конвертере (Пирса-Смитта) [21], [22] с добавлением кварцевого флюса. На первом этапе происходит окисление железа и части серы и образование шлака и газообразного диоксида серы; шлак периодически сливается и подвергается дальнейшей переработке с целью извлечения меди. Традиционно продувка на первом этапе осуществляется в несколько стадий с постепенным добавлением штейна. На втором этапе, т.е. при продувке меди, сульфид меди окисляется до черновой меди (содержание меди - 96,0%-99,2%) и дополнительно образуется диоксид серы. В конце продувки черновую медь сливают. Управление процессом направлено на контроль уровня остаточной серы и кислорода в черновой меди. Диоксид серы поступает на переработку.

Реакция первого периода протекает с большим выделением тепла, а также летучих металлических примесей, таких как свинец и цинк, которые затем улавливаются в очистных установках в виде возгонов и пыли и направляются для последующей переработки. Выделяемое тепло может также использоваться для плавки анодного скрапа и другого медного лома без дополнительного первичного тепла. Концентрация диоксида серы зависит от типа печи, содержания кислорода в дутье и стадии конвертирования.

Конвертер Пирса-Смитта относится к агрегатам периодического действия (из рассматриваемых в данном разделе к ним относятся конвертеры Пирса-Смита и похожие на них). Они представляют собой цилиндрические печи с расположенными по боковой поверхности фурмами для подачи воздуха/кислорода [21], [22]. Для периодического конвертирования первичного медного сырья на черновую медь на некоторых предприятиях применяются поворотные конверторы с верхним дутьем (TBRC).

Процесс конвертирования черной меди

Конвертирование черной меди - периодический процесс, при котором расплав из плавильной печи непосредственно плавится на черновую медь. Один цикл конвертирования длится примерно 8 ч. На первом этапе добавляют примерно 5-6 т кварцевого флюса на цикл для вывода в шлак окисленного железа и свинца. Для удаления летучих примесей и для поддержания теплового баланса конвертера, добавляют небольшое количество коксика (0,1-1 т). Когда содержание свинца падает ниже 2%, начинают продувку, и в конвертер добавляют кремнезем для связывания РbО. Процесс завершается, когда содержание свинца становится ниже 0,3%. Отходящие газы конвертера отводятся на мокрую газоочистку, а шлам со скруббера, содержащий 55%-65% свинца, поступает на завод по производству свинца.

2.4.1.1.4 Огневое рафинирование (анодная печь)

Это следующий этап очистки меди от примесей, которому подвергается черновая медь, полученная на этапе конвертирования. Процесс рафинирования предусматривает два этапа:

- окислительный за счет подачи воздуха;

- восстановительный за счет восстановителя (например, углеводородов) для снижения содержания оксидов меди и более полного ее извлечения [21], [22], [19].

При пирометаллургическом (огневом) рафинировании металлов решаются две задачи:

  1. 1) Частичное или полное удаление примесей.

  2. 2) Получение однородных по структуре плоских отливок (с минимальной газонасыщенностью), имеющих постоянную массу, толщину и форму, удобную для погрузочно-разгрузочных операций и соответствующие требованиям эффективного электролитического рафинирования.

Существует несколько разновидностей рафинирования в зависимости от свойств основного металла и сопутствующих примесей.

Данный метод представляет собой селективное окисление примесей кислородсодержащим реагентом и их ошлакование. Избыток кислорода удаляется путем проведения операции восстановления.

Физико-химической основой процесса являются:

- меньшее сродство к кислороду у рафинируемого металла по сравнению с удаляемыми примесями;

- ограниченная растворимость оксидов элементов-примесей в объеме расплава металла и меньшая их удельная плотность, чем у рафинируемого металла;

- более быстрая и полная восстановимость оксидов основного металла до элементного состояния.

В качестве окислителя используют газообразные (чаще всего воздух или смесь водяного пара и воздуха) и твердые (окалина, оксиды рафинируемого металла) вещества.

При огневом рафинировании сначала через расплавленный металл продувают воздух для окисления примесей и окончательного удаления серы (стадия окисления). На этой стадии образуется небольшое количество шлака, который необходимо удалить перед началом следующей стадии. На следующей стадии (восстановление или дразнение/полинг) добавляют восстановитель, например природный газ, сырую древесину, для частичного удаления кислорода, растворенного в жидкой меди и восстановления ее окислов. В качестве восстановителя может также использоваться аммиак, но это приводит к повышению уровня NO [25]. В странах ЕС при первичной и в некоторых случаях при вторичной плавке применяют цилиндрические поворотные печи (анодные печи). Эти печи похожи на конвертер Пирса-Смита и имеют фурмы для подачи газа. В них загружают расплавленную медь, медный лом и отработанные медные аноды. В некоторых процессах используют отражательные печи с погружными фурмами для подачи воздуха, в которые загружают твердую или расплавленную медь (конвертерную медь или медный лом). Некоторые отражательные печи являются наклоняющимися (Maerz) и оснащены фурмами. Горячий газ от анодных печей часто используют для сушки, получения пара и других целей. Расплав меди иногда перемешивают путем вдувания азота через пористые пробки в печи. Это повышает однородность металла и эффективность плавки [265, AJ Rigby et alles, 1999].

На стадии огневого рафинирования могут также использоваться поворотные конверторы с верхним дутьем (TBRC). В этом случае в поворотной анодной печи реализуется лишь стадия восстановления/полинга.

Непрерывный процесс плавки и рафинирования (Contimelt) используется для плавки и последующей обработки высококачественного медного лома и отработанных анодов. Он сочетает стадию плавки и стадии огневого рафинирования (окисление и восстановление) с выплавкой анодов в одном непрерывном процессе, что позволяет обеспечить высокую энергоэффективность на всех стадиях и сократить объемы выбросов.

Применяются комбинации шахтных печей (загружаемых твердыми материалами) и поворотных печей (для процесса восстановления). Эти системы могут использоваться для плавки первичного (черновая медь) и вторичного (лом) материала.

Металл из анодной печи направляют на отливку анодов. Наиболее часто применяемая технология - карусельная литейная машина с определенным количеством изложниц в форме анода, установленных по окружности карусели. Дозирующее устройство определяет количество расплавленного металла, выливаемого в изложницу, что обеспечивает постоянство толщины анодов, а в процессе вращения карусели аноды охлаждаются водой. Аноды автоматически извлекаются из изложниц и помещаются в охлаждающие ванны для предотвращения окисления металла. Производительность анодоразливочных установок может составлять до 200 т/ч.

_______________

Альтернативная технология производства медных анодов - непрерывное литье на двухленточной литейной машине Hazelett, на которой производят медную ленту заданной толщины анода. Из этой ленты ножницами нарезают аноды традиционной формы или в соответствии с системой Contilanod отливают "уши" анода на специальных боковых блоках-кристаллизаторах, расположенных на литейной машине через определенные интервалы. Изготовленные анодные листы разрезают плазменной горелкой или специальными ножницами. Преимущество этой технологии - в однородности получаемых анодов; однако система требует тщательного технического обслуживания и сравнительно высоких производственных затрат. На российских предприятиях эта технология не применяется.

2.4.1.1.5 Электролитическое рафинирование

Процесс электрорафинирования анодной меди осуществляется в водном растворе серной кислоты и сульфата меди с использованием тонких катодных основ из электролитной меди, нержавеющей стали или титана. Нержавеющие или титановые матрицы, на которых происходит наращивания медного осадка, являются катодными основами многоразового использования (процесс Mount ISA, безосновная технология Outotec и система Noranda/Kidd Creek) [21], [22], [19]. Аноды и катоды помещают в электролизные ванны, располагая электроды в ваннах вертикально, параллельно друг другу. Все аноды соединяются с положительным, а катоды - с отрицательным полюсом источника постоянного тока. При включении ванн в сеть постоянного тока происходит электрохимическое растворение меди из анода в электролит, перенос катионов через электролит и осаждение ее на катоде. Примеси при этом в основном распределяются между шламом (твердым осадком на дне ванн) и электролитом.

В результате электролитического рафинирования анодной меди получаются товарные медные катоды, медеэлектролитный шлам, анодные остатки и отработанный загрязненный металлами электролит.

Удаление примесей в процессе электрорафинирования анодной меди направлено на производство катодной меди чистотой равной или лучше, чем "Марка А" по стандарту Лондонской биржи металлов. В таблице 2.3 представлен пример данных по составу анода и качеству получаемого катода. Следует отметить, что уровень содержания примесей в аноде влияет на качество катода; содержание примесей в аноде в свою очередь зависит от химического состава концентрата или вторичного сырья и технологии, по которой получена черновая и анодная медь.

Таблица 2.3 - Пример извлечения примесей при электрорафинировании [26]

Элемент

Содержание в аноде*, г/т

Содержание в катоде, г/т

Серебро

600-720

9-10

Селен

50-510

<0,5

Теллур

20-130

<0,5

Мышьяк

700-760

<1

Сурьма

330-700

<1

Висмут

60

<0,5

Свинец

990-500

<1

Никель

1000-5000

<3

* Качество анода обусловлено составом сырья.

Анодные остатки, составляющие обычно 14%-19% от первоначальной массы анодов, являются оборотным материалом и отправляются в анодную печь на переплавку с исходным медным сырьем.

Количество и состав анодных шламов зависит от чистоты анодной меди. Анодный шлам оседает на дне электролизных ванн, откуда периодически удаляется. В шламе концентрируются благородные металлы, такие как золото, серебро, металлы платиновой группы. Кроме благородных металлов, в шлам переходят другие ценные элементы - селен и теллур. В дальнейшем шлам перерабатывается аффинажным способом для извлечения ценных компонентов.

Металлы, у которых электрохимический потенциал более электроотрицательный, чем медь (никель, железо, цинк), при электролитическом рафинировании меди переходят в раствор. Поэтому расчет объема и периодичность вывода отработанного электролита производится исходя из времени накопления в электролите примесей до предельного нормированного значения.

На разных предприятиях применяются различные схемы утилизации отработанного электролита.

На предприятиях, использующих вторичное медное сырье, обычно применяется следующая схема. Медь из отработанного электролита извлекают методом электроэкстракции. Раствор после обезмеживания нейтрализуют с получением гипсового никельсодержащего кека, который отправляют на переработку на никелевые заводы.

На большинстве отечественных предприятий, использующих минеральное сырье, применяется двухстадийная схема извлечения меди из отработанного электролита:

- упаривание и кристаллизация электролита с получением сульфата меди;

- извлечение остаточной меди из упаренного раствора электроэкстракцией.

После извлечения меди из раствора извлекается никель в виде сернокислой соли методом выпаривания, кристаллизации и последующего рафинирования.

Современная тенденция заключается в увеличении размера ванн, установке большего числа электродов и использовании катодной основы из нержавеющей стали [19]. Рост эффективности заметен, когда эти факторы сочетаются с высоким уровнем контроля качества анодов. Контроль качества необходим для обеспечения заданной геометрии, хорошего электрического контакта и требуемой чистоты анода. Применение безосновной технологии сокращает затраты электролиза меди (отсутствует матричный передел для получения стартерных катодных основ из электролитической меди), обеспечивает стабильно высокий коэффициент использования тока (97% и выше). Для современных цехов электролиза характерна высокая степень автоматизации замены катодов и анодов, сдирки катодов с катодной основы из нержавеющей стали [21], [22]. Вместо последней может применяться механически изготовленная медная матрица.

Процесс электроэкстракции меди описан в приложении Б (Б.3).

2.4.1.1.6 Переработка богатых медью шлаков

Шлаки, образующиеся на этапе плавки первичного сырья на штейн с содержанием меди более 30% и на этапах конвертирования, богаты медью и перерабатываются с применением нескольких технологий [19]. Одним из таких процессов является использование электропечи для отстаивания и проведения реакции взаимодействия шлака, содержащего окислы меди, с углеродом в форме коксовой мелочи или собственно электродами с получением медного штейна и обедненного по меди шлака. Процесс переработки шлака в электропечи может быть как непрерывным, так и периодическим. Конвертерный шлак также может быть переработан в электрической печи.

Альтернативной технологией являются процессы флотации: шлак охлаждают, измельчают и направляют на флотацию с получением флотационного концентрата с высоким содержанием меди, который поступает на плавку. При наличии соответствующего спроса шлаки после переработки могут применяться в строительстве, включая дорожное, для сооружения набережных и других аналогичных целей, а также для пескоструйной обработки, так как часто обладают лучшими свойствами по сравнению с альтернативными материалами. Мелкозернистый железистый материал также используется в качестве заполнителя при производстве цемента.

Шлаки с высоким содержанием меди, такие как конвертерные и рафинировочные шлаки, также повторно перерабатываются на этапе плавки.

2.4.1.1.7 Краткая информация по печам, применяемым при производстве меди

В таблице 2.4 содержатся обобщенные сведения о применяемых при производстве меди печах.

Таблица 2.4 - Печи, применяемые при производстве меди

Тип печи

Используемое сырье

Примечания.

Применение

1. Печи для сушки, обжига, спекания и прокаливания

Паровая сушилка (змеевик)
      Кольцевая сушилка

Концентраты

Сушка

Нет данных о применении в Российской Федерации

Вращающаяся печь

Руды, концентраты, различные виды лома и остаточных продуктов

Сушка и прокаливание

Применяется

Печь с кипящим слоем

Концентраты

Сушка и обжиг

Нет данных о применении в Российской Федерации

2. Плавильные печи и конвертеры

Baiyin

Концентраты

Нет данных о применении в Российской Федерации

Contop/циклонные

Концентраты, руды

Электропечь с погруженной дугой (рудно-термическая)

Шлак, вторичное сырье, концентраты, руды

Отражательные печи

Концентраты, огарок, лом и прочее вторичное сырье

Плавка окисленного медьсодержащего сырья, рафинирование

Применяется

Печь Ванюкова

Концентраты

Ausmelt/ISASMELT

Концентраты и вторичное сырье, промежуточные продукты.

КИВЦЭТ

Концентраты и вторичное сырье

Нет данных о применении в Российской Федерации

Noranda

Концентраты

El Teniente

Концентраты

TBRC (KALDO) TROF

Большинство видов вторичного сырья, включая шламы

Применяется в Норильске

Шахтная печь

Концентраты, большинство видов вторичного сырья, анодная

Применяется

Печь кислородно факельной плавки INCO

Концентраты

Нет данных о применении в Российской Федерации

Печь взвешенной плавки Outotec

Концентраты

Применяется

Плавильная печь Mitsubishi

Концентраты и анодный лом

Нет данных о применении в Российской Федерации

Конвертер Пирса-Смита

Штейн и анодный лом, медный лом

Применяется

Хобокен

Штейн и медьсодержащий лом

Нет данных о применении в Российской Федерации

Конвертер взвешенной плавки Outotec

Штейн

Конвертер Mitsubishi (в составе комплекса Плавка-конвертирование-обеднение шлаков)

Штейн

Агрегат совмещенной плавки-конвертирования

Штейн

Плавка

Применяется

3. Печи для плавки металла

Анодная поворотная печь (Кумера)

Стационарная анодная печь

Расплавленная черновая медь и лом

Огневое рафинирование

Применяется

Наклонная отражательная печь (Maerz)

Черновая медь в слитках, медный лом, анодные остатки

Шахтная

Медные катоды и чистый лом

Условия восстановления

Описания и схемы устройства печей, перечисленных в таблице 2.4, приведены в Б.1.

2.4.1.2 Гидрометаллургические процессы

Гидрометаллургия - извлечение элементов из сырья с помощью жидкофазных растворителей и последующее выделение их из растворов в форме металлов или моноосадков.

Этот процесс обычно применяется для переработки окисленных руд или смешанных окисленных/сульфидных руд непосредственно на территории рудника, где есть достаточно места для формирования участков выщелачивания и переработки. Этот процесс особенно эффективен для руд, из которых трудно произвести концентрат с помощью традиционных технологий, и которые не содержат драгоценных металлов [27], [28], [23]. В мире было разработано несколько патентованных технологий, таких как процессы Outotec L-SX-EW и Hydro Copper, Albion [29], [21], [30].

Общая схема гидрометаллургического процесса представлена на рисунке 2.2.

Основными стадиями гидрометаллургической технологии являются:

  1. 1) Подготовка сырья; эта операция способствует более быстрому, полному, селективному выщелачиванию ценного металла. Известны механические способы (дробление, измельчение) и физико-химические, связанные с изменением фазового состава сырья (прокалка, обжиг, спекание, гидротермальное активирование, обезжиривание вторичного сырья и др.).

  2. 2) Выщелачивание, т.е. перевод металла в раствор с последующим отделением нерастворимого остатка методами отстаивания, фильтрации, центрифугирования и промывкой остатка.

  3. 3) Подготовка раствора: очистка от посторонних примесей физико-химическими методами (осаждение в форме труднорастворимых соединений, цементация, сорбционно-экстракционное разделение), концентрирование раствора приемами упаривания, сорбции и экстракции с последующим получением при десорбции и реэкстрации обогащенной жидкой фазы.

  4. 4) Выделение из раствора ценного элемента в форме металла (электролиз, автоклавное осаждение газом) или соединения (кристаллизация, химическое осаждение, дистилляция).

Рисунок 2.2 - Обобщенная технологическая схема гидрометаллургического процесса [29]

Выщелачивание

Эффективность выщелачивания оценивается:

- извлечением - степенью перехода извлекаемого элемента по отношению к его содержанию в исходном сырье, %;

- скоростью процесса (масса извлекаемого элемента в единицу времени; возрастает с увеличением температуры, концентрации реагентов, интенсивности перемешивания, удельной поверхности, дисперсности сырья);

- селективностью - степенью извлечения ценного элемента по отношению к сопутствующим примесям: чем меньше скорость и извлечение, тем больше селективность выщелачиваемого элемента;

- удельным расходом реагента - расходом химиката на массовую единицу извлекаемого металла; этот показатель зависит от фазового состава сырья, регенерации растворителя и организации замкнутой по растворителю схемы;

- свойствами получаемых пульп, влияющих на показатели их отстаивания и обезвоживания; они определяются дисперсностью и фазовым составом твердой фазы, вязкостью и плотностью пульп, температурой.

Процессы выщелачивания классифицируются по:

- типу растворителя (щелочной, кислотный, солевой, органические и комплексообразующие реагенты);

- способу осуществления (периодическое, непрерывное, одно-многостадийное, прямоточное и противоточное);

- окислительно-восстановительным условиям среды (окислительное, восстановительное, нейтральное);

- аппаратурному оформлению (кучное, подземное выщелачивание, перколяционное, агитационное);

- величине давления (при атмосферном или избыточном - автоклавные условия);

- использованию подготовительных операций (прямое или с предварительной подготовкой).

Характеристика растворителей

Эффективность действия растворителя при выщелачивании определяется температурой, концентрацией, продолжительностью, крупностью сырья.

Вода является наиболее доступным растворителем и эффективна при извлечении растворимых сульфатов, хлоридов металлов, в том числе и из продуктов обжига.

Водные растворы солей (сульфаты и хлориды Fe (III)). Химия их действия иллюстрируется нижеприведенными реакциями:

MeS+2FeCI=MeCI+2FeCI+S°;

MeS+Fe(SО)=MeSО+2FeSО+S°;

PbSО+4NaCI=NaPbО+Na.

Это достаточно эффективные растворители, обеспечивающие развитие реакций при Т>373 К, однако они дороги, получаемые растворы загрязняются балластными солями, что осложняет регенерацию растворителя и извлечение ценного компонента.

Хлорная вода - вода, насыщенная хлором:

СlOНСlO+HCI.

При обычных условиях в 1 дм воды растворяется 2,26 дм Cl. В зависимости от кислотности среды возможно предпочтительное присутствие Cl (в кислых средах), НСlO (рН 4-7,5) и СlO (при рН >7,5).

Хлорная вода активно растворяет металлы, сульфиды:

MeS+Cl(aq)=Ме+2Сl+S°;

Me+Cl (aq)=Me+2Сl, в том числе с образованием комплексов типа [МеСl].

Хлорную воду используют для выщелачивания поликомпонентных сплавов, руд благородных металлов, молибденовых концентратов.

Токсичность, дороговизна, проблемы регенерации ограничивают области применения этого растворителя.

Кислоты. Наиболее часто используют серную кислоту: это доступный реагент, особенно на металлургических предприятиях, перерабатывающих серосодержащее сырье, имеет высокую вскрывающую способность и умеренно агрессивен к материалам, используемым при создании аппаратов. При электрохимическом или автоклавном осаждении металлов из сульфатных растворов удается обеспечить регенерацию кислоты.

Азотная и соляная кислоты более дороги, обеспечивают меньшую селективность, осложняют выбор аппаратурного процесса. Использование соляной кислоты вследствие повышенной ее способности к комплексообразованию интересно в схемах, включающих сорбционно-экстракционную технологию разделения металлов.

Для сырья с повышенным содержанием кислотовмещающих пород кислотное вскрытие нецелесообразно из-за повышенного расхода кислоты, интенсивного пенообразования.

Способы и схемы выщелачивания

Выщелачивание осуществляют в периодическом и непрерывном режимах. В первом случае исходное сырье и реагенты загружают в реактор, обеспечивая перемешивание при заданных параметрах, и обрабатывают пульпу до тех пор, пока не будут достигнуты требуемые показатели (извлечение, селективность). Затем содержимое реактора выгружают, а его готовят к следующей операции, которую повторяют при тех же параметрах и условиях.

Непрерывный режим выщелачивания осуществляется в серии реакторов; пульпа из расходной емкости с помощью насоса закачивается в первый реактор, а затем непрерывно, один за другим, перетекает в последующие реакторы. Число реакторов и время пребывания пульпы в них выбирают с таким условием, чтобы в последнем реакторе были достигнуты требуемые показатели выщелачивания. Подобные схемы эффективны при большом масштабе производства, поскольку рационально используется аппарат во времени (нет потерь его на загрузку и выгрузку, нагрев и охлаждение, подачу и сброс давления), проще автоматизация и механизация, меньше эксплуатационные затраты (меньше потерь тепла, трудозатраты), но капитальные затраты больше (насосное хозяйство, расходные и приемные емкости, обвязка и арматура).

В зависимости от числа стадий различают одно- и многостадийное (двух-, трех-) выщелачивание. При прямоточном выщелачивании исходная пульпа непрерывно проходит все аппараты каскада, и выгружается из последнего. Противоточное выщелачивание реализуют тогда, когда необходимо достичь более полного извлечения ценного металла (даже в ущерб селективности); с этой целью остатки от первой стадии обрабатываются исходным растворителем (выше концентрация и сильнее вскрывающая способность); получаемый вторичный кек считают отвальным для данного процесса, а раствор возвращают на первую стадию, т.е. обрабатываемое сырье и растворитель перемещают по встречным маршрутам.

Это более рациональная схема, однако при этом неизбежно накопление сопутствующих примесей в оборотном растворе, что ухудшает показатели выщелачивания и сортность извлекаемого металла. Для поддержания оптимального состава раствора часть его выводят на отдельную переработку (глубокое выпаривание, нейтрализация, сорбционно-экстракционная очистка и др.).

Окислительно-восстановительное выщелачивание

При растворении благородных металлов, сульфидов, арсенидов, селенидов, теллуридов необходимо применять окислители - реагенты, способные отдавать кислород или присоединять электроны. Типичными окислителями, используемыми при выщелачивании, являются кислород, хлор, гипохлорит, азотная кислота, соли Fe(lll), Cr(VI), Mn(VII) и др.

Выщелачивание в присутствии восстановителя

Ряд оксидов и гидроксидов ионов металлов высшей валентности плохо растворимы в растворах кислоты. Для их выщелачивания используют реагенты-восстановители.

В присутствии восстановителей образуются более устойчивые в растворе ионы металлов меньшей валентности, что обеспечивает большую равновесную их концентрацию и более полное растворение исходного материала.

Бактериальное выщелачивание. Для ускорения окислительных процессов интересно использование бактерий - мельчайших (0,5-2,0 мкм) одноклеточных организмов, размножающихся двойным делением. В неорганической среде живут автотрофные, в органической - гетеротрофные бактерии. Особый интерес представляют культуры, которые черпают энергию за счет окисления серы и ее соединений (SO, S, SO) до сульфат-иона и за счет окисления иона Fe(ll) до иона Fe(lll). Наибольшая активность их жизнедеятельности проявляется при 303-308К. Для бактерий губительны высокие концентрации солей меди, цинка и других металлов; однако их адаптацию можно достигнуть путем последовательного пересева культуры в среды с возрастающим содержанием солей металлов.

Микроорганизмы в десятки раз ускоряют окисление серосодержащих соединений или образование сульфата Fe(III); последний в кислой среде активно окисляет большинство сульфидов металлов.

Приемы бактериального окисления используют при вскрытии труднообогатимых золотосодержащих руд, при окислении пирита, присутствующего в урансодержащих рудах, для окисления арсенидов.

Электрохимическое растворение

Суть процесса заключается в переводе в раствор элементов из токопроводящих материалов (сплавов, штейнов, сульфидных концентратов) при наложении электрического тока.

Закономерности и химизм процесса подобны теоретическим положениям электролиза. Скорость растворения возрастает с увеличением плотности тока, интенсивности гидродинамического режима, замедляется вследствие пассивирующего влияния нерастворимых продуктов (оксиды, сульфаты свинца, олова, элементная сера). Осуществляется в кислых (сульфатная, хлоридная) или щелочных (гидроксидная, аммиачно-карбонатная) средах. Исходное сырье отливают в форме анодов, гранул, брикетируют или подают в виде пульпы.

Хлорное выщелачивание

При использовании хлорсодержащих растворителей проявляется окислительное и химическое воздействие, что интересно при обработке сплавов, сульфидных материалов; при обработке последних образуется попутно элементная сера:

MeS+Cl=MeCI+S°;

и далее - хлористая сера (SCI), которая также активно вскрывает сульфиды:

MeS+SCIМеСl+3S°.

Процесс протекает при 390-420 К; элементная сера растворяется в хлористой сере в любых соотношениях. В ней также растворимы хлориды мышьяка, сурьмы, олова, селена, теллура, молибдена, вольфрама; эти элементы по мере накопления можно выделить путем дистилляции расплава. Оксиды, хлориды многих других металлов нерастворимы в хлористой сере. При избытке хлора в хлористой сере упрощается хлорирование золота, платины, благородных металлов.

Способы выщелачивания и типы аппаратурного оформления

Выбор места и приема выщелачивания определяется условиями обеспечения экологически выдержанного рентабельного производства. При этом учитывают химический и вещественный составы сырья, стоимость и условия реализации извлекаемых компонентов, затраты на природоохранные мероприятия, масштаб переработки сырья.

Кучное и подземное выщелачивание

Этот способ применяют для извлечения металлов из забалансового сырья (с низким содержанием ценного металла, большими затратами на добычу и транспортировку, малым объемом сырья). В промышленной практике способ используют для извлечения меди, золота, урана; отрабатывается технология для извлечения цинка, свинца.

Сущность технологии заключается в равномерном орошении сырья растворителем, обеспечении условий для растворения извлекаемого металла, количественном сборе продукционного раствора и извлечении из него металла в форме товарного продукта. Реализация технологии осложняется единовременной обработкой огромных масс сырья большими объемами бедных растворов, отдаленностью от промышленных зон и проблемами энергообеспечения, обеспечения рабочей силой, а также влиянием метеорологических факторов (дожди, засуха, паводки).

Принципиальное отличие кучного и подземного выщелачивания состоит в типе перерабатываемого сырья и способе его подготовки. Приемы орошения, сбора раствора и его обработки во многом сопоставимы.

Методом кучного выщелачивания обрабатывают отвалы пустой породы, образуемые при разработке месторождения открытым способом, или специально создаваемые кучи из более богатого, равномерного по крупности сырья.

Подземное выщелачивание осуществляют в заброшенных горных выработках, а также для обработки небольших рудных тел. В первом случае наиболее удобны рудники, в которых применяли системы обрушения и магазинирования. При обработке рудного тела предпочтительны залежи с крутым падением. Учитывают наличие и расположение водоупорных слоев с целью сокращения потерь раствора.

Перколяционное выщелачивание. Способ применяют для обработки богатых руд, содержащих медь, или кускового вторичного сырья в металлургии меди. Исходный материал загружают в емкость с ложным днищем и обеспечивают принудительную циркуляцию раствора через образовавшийся слой обрабатываемого сырья.

Исходную руду дробят до крупности 4-8 мкм и классифицируют для удаления шламовых фракций.

Выщелачивание проводят в чанах емкостью 8-12 тыс. т, имеющих антикоррозионную защиту. Реализуют принцип противотока; число чанов 6-14. Продолжительность обработки руды составляет 8-13 сут, в том числе выщелачивание 2-6 сут; остальное время идет на вспомогательные операции (загрузку, промывку и выгрузку хвостов, подготовку чана). При перколяционном выщелачивании снижается расход растворителя, отпадает необходимость фильтрации пульп, получаются более богатые растворы, что позволяет использовать эффективные методы для извлечения металлов; однако требуется внимание, тщательная промывка хвостов (противоточная, 5-7 циклов), поскольку они направляются в отвал.

Агитационное выщелачивание. Способ заключается в обработке измельченного сырья (концентрат, руда, огарок и т.п.) растворителем в аппаратах, обеспечивающих интенсивный массообмен пульпы. Перемешивание осуществляется с помощью мешалок с механическим приводом (аппараты емкостью 10-70 м), сжатого воздуха (пачуки емкостью до 250-300 м), совместным воздействием мешалок и воздуха, или во вращающемся барабане-выщелачивателе. Эта цель достигается при механическом перемешивании изменением числа оборотов и конструкции перемешивающего устройства (лопастная, винтовая, турбинная мешалки, наличие диффузора), расходом и давлением воздуха в пачуках, увеличением числа оборотов барабана.

Пачуки представляют собой вертикальный цилиндр ( м, h14 м) с конусным днищем. Через соосно расположенную центральную трубу подают энергоноситель (воздух, пар), обеспечивающий циркуляцию пульпы и ее однородность. При использовании пара одновременно обеспечивают нагрев пульпы.

Агитационное выщелачивание осуществляют в крупнотоннажном производстве в непрерывном режиме, для чего используют несколько последовательно установленных (предпочтительно каскадом) реакторов.

При агитационном выщелачивании для ускорения процесса и повышения извлечения металлов нередко используют нагрев пульпы; при активном развитии экзотермических окислительных реакций для поддержания заданной температуры требуется охлаждение пульпы. Используют прямой (непосредственное введение в пульпу пара, воды) или косвенный (с помощью встроенных холодильников, наружных рубашек, выносных теплообменников) способы регулирования температуры. Способ прямого нагрева или охлаждения наиболее эффективен и прост, однако приводит к разбавлению или упариванию раствора, что не всегда увязывается с последующей схемой извлечения металлов.

Автоклавное выщелачивание

Разновидностью агитационного выщелачивания является автоклавное, принципиальное отличие которого в использовании повышенных температур (>370 К) и давлений (Р>0,1 МПа), что обеспечивает значительную интенсификацию процесса и селективность выщелачивания ценного металла относительно ионов-примесей, склонных к гидролизу в кислых средах (Fe3+, Pb4+, Sn4+, Mn4+ и др.).

Автоклавное выщелачивание осуществляется без окислителя.

При избытке окислителя и повышенных температурах (430-450 К) основной реакцией выщелачивания сульфидов становится:

MeS+2О=MeSО.

Это наиболее интенсивный процесс, достигается количественное осаждение железа в форме хорошо фильтруемого осадка, однако требуется в 4 раза больший расход кислорода и исключается замкнутость схемы по раствору в связи с накоплением в нем сульфат-иона.

Корпус автоклавов изготавливают из конструкционных сталей, внутри футеруют антикоррозионным материалом (резина, кислотоупорный кирпич на специальной замазке, керамика, высоколегированные стали, титановые сплавы). Емкость автоклавов 15-320 м. Горизонтальные большие автоклавы (V>50 м) разделяют внутри перегородками. Длина камеры равна диаметру автоклава; в каждой камере имеется перемешивающее устройство. Число камер не превышает 4.

Автоклавы с механическим перемешиванием обеспечивают более интенсивный гидродинамический режим и аэрацию; однако они дороже, возникают трудности эксплуатации перемешивающих устройств и герметизации узлов их ввода в корпус аппарата. При проведении безокислительного выщелачивания, обработке пульп с повышенной плотностью целесообразнее использовать вертикальные автоклавы, в которых перемешивание осуществляется воздухом или паром.

Как правило, автоклавы работают в непрерывном режиме.

Вращающиеся автоклавы имеют цилиндрическую или сферическую форму. Иногда их заполняют стальными шарами. При вращении (8-15 об/мин) достигается перемешивание пульпы, обновление реакционной поверхности и доизмельчение твердой фазы. Подобные аппараты используют для проведения безокислительного высокотемпературного выщелачивания и применяют для обработки материалов с высокой удельной плотностью при небольших объемах производства (например, при вскрытии шеелитовых, ильменитовых концентратов).

Трубчатые автоклавы. Аппараты представляют горизонтально расположенные трубы толстостенные (например, =0,3 м, L=30-50 м), имеющие наружный обогрев и теплоизоляцию. Через трубу прокачивают пульпу с помощью насоса. Простота конструкции позволяет повышать температуру до 550-580 К, что существенно ускоряет проведение безокислительного выщелачивания, например щелочное вскрытие бокситов. Способ характеризуется эффективным использованием тепла, низкими капитальными затратами.

Приемы физико-химической подготовки сырья к выщелачиванию

Предварительный обжиг обеспечивает перевод извлекаемого компонента в более растворимую форму и селективное его выщелачивание по отношению к компонентам пустой породы. Наиболее распространены следующие виды обжига (подробнее см. раздел 3).

Окислительный MeS+1,5O=МеО+SO+Q, используемый для обжига сульфидных материалов (руды, концентраты, штейны) или арсенидов (концентраты, шпейзы).

Операцию проводят при повышенных температурах (1100-1400 К), с большим избытком воздуха; неизбежно образование сложных оксидов типа ферритов (МеО·FeO), силикатов (МеО·SiO), что уменьшает извлечение ценного металла.

Сульфатизирующий (MeS+2O=МеSО) обжиг преследует перевод извлекаемых металлов в растворимую форму (сульфат, частично оксид) и перевод железа в устойчивые соединения типа оксидов. Операцию проводят при умеренных температурах (880-900 К) и ограниченном избытке воздуха (=1,2-1,3). Этот тип обжига используют в производстве меди, кобальта.

Хлорирующий обжиг проводят с использованием хлоринаторов (хлор, хлорид натрия, сильвинит); при высокотемпературной обработке (хлоридовозгонка, 1100-1400 К) цветные металлы количественно возгоняются селективно от пустой породы в форме МеСl, улавливаются и перерабатываются по гидрометаллургической технологии. Способ интересен для обработки сырья с невысоким содержанием ценных элементов.

При сульфато-хлорирующем обжиге MeS+2O+2NaCIMeCI+NaSO извлекаемый металл переводят в растворимую форму (сульфат, хлорид).

Кальцинирующий обжиг (прокалка, спекание) протекает по реакциям:

МеСО=МеО+СO.

MeS=MeS+S.

MeО+NaNaMeO+СO;

используют для разрушения карбонатов (исключить вспенивание при кислотном выщелачивании), перевода высших сульфидов в более растворимые формы (например, FeS в FeS или CuFeS в CuS). При спекании с содой образуются водорастворимые вольфраматы, молибдаты, алюминаты, ванадаты - соединения, легко растворимые в водной среде.

Сульфатизация - обработка измельченного материала серной кислоты (60-90% HSO) при 470-520 К.

При столь жестких условиях цветные металлы, присутствующие в форме минералов (сложные оксиды, сульфиды и другие халькогениды), переводятся в растворимые сульфаты и при последующем водном или слабокислом выщелачивании количественно переходят в раствор.

Гидротермальная активация - обработка сырья селективным растворителем при повышенных температурах в автоклаве, обеспечивающая перевод сложных соединений в более простые формы; выщелачивание последних протекает более быстро и полно, или при этом требуются менее жесткие параметры операции. Например, при обработке халькопирита подкисленным раствором сульфата меди при 430-450 К:

CuFeS+CuSO=2CuS+FeSO, образуется более простая для выщелачивания форма - сульфид меди (II). Подобная обработка полиметаллических концентратов дополнительно обеспечивает их рафинирование от сопутствующих примесей, которые селективно переходят в раствор.

Экстракционные процессы

Эти процессы используют для концентрирования разбавленных растворов, содержащих не более 1% извлекаемого металла, или для селективного его выделения из поликомпонентного раствора.

Экстракция

Процесс основан на способности ряда органических веществ, не смешивающихся с водой, селективно образовывать с ионами металлов соединения и на извлечении их в органическую фазу.

Основные термины, используемые при описании процессов экстракции:

- экстрагент - органическое вещество, образующее с извлекаемым металлом соль или комплекс, которые растворимы в органической и практически нерастворимы в водной фазах;

- разбавитель - органическая жидкость, служащая для растворения экстрагента;

- экстракт, рафинат - продукты экстракции, соответственно органическая и водная фазы;

- реэкстракт - обогащенная водная фаза, получаемая после реэкстракции насыщенной металлоорганической фазы.

Экстрагенты используются в смеси с разбавителями (керосин, бензол, толуол); они нерастворимы в водной среде, имеют высокую температуру вспышки, более 340 К, узкий интервал перегонки. Подбирая тип разбавителя, можно подавлять или усиливать экстракцию ионов. Требования, предъявляемые к разбавителям, во многом аналогичны требованиям, предъявляемым к экстрагентам.

Чем больше коэффициент распределения или отношение "органическая: водная" фаз, тем меньше требуется стадий экстракции. Разделение считается эффективным при >1,6.

В металлургии меди наиболее часто на экстракцию поступают солянокислые и сульфатные растворы.

Наибольшее применение в гидрометаллургии получили экстракторы типа смесителей-отстойников. Каждый аппарат состоит из секций, включающих смесительную и отстойную камеры. Растворы движутся внутри секции прямоточно, а через аппарат - противоточно. В смесительной камере установлена турбинная мешалка, вращающаяся со скоростью 400-600 мин; она обеспечивает смешение водной и органической фаз, перекачивание смеси на соседнюю ступень и поддерживает заданный уровень раствора в камерах.

Недостатком экстракции является пожароопасность и токсичность реагентов, потери экстрагентов с водной фазой; они особенно значительны в пульповых процессах (0,5-1 кг/т).

Основные затраты при экстракции приходятся на подготовку исходного раствора, приобретение дорогого оборудования, организацию противопожарной безопасности, поставку реагентов (экстрагент, реэкстрагент, корректоры кислотности) и восполнение потерь экстрагента.

Выделение металлов из раствора

Выделение металла из раствора предполагает две цели: очистку от металлов-примесей или осаждение металла в форме товарного продукта.

Для очистки растворов (разделения металла) используют осаждение в форме труднорастворимых осадков, сорбцию, экстракцию, дробную кристаллизацию, мембранную очистку, ионную флотацию, дистилляцию, электрохимическое осаждение, цементацию.

При выборе способа учитывают состав исходного раствора, обеспечение реагентами, доступность аппаратурного оформления, а, в конечном счете, экономические показатели и потребности рынка.

Сульфиды. В связи с низкой растворимостью сульфидов большинства цветных металлов осаждение их является эффективным приемом концентрирования металлов при обработке бедных растворов или селективного их отделения от других элементов. В качестве осадителя используют сульфиды (гидросульфиды) щелочных металлов и аммония, сероводород (для умеренно кислых сред процесс проводят в автоклаве при избыточном давлении газа-осадителя).

При использовании сероводорода скорость процесса и фильтруемость осадка возрастают в присутствии катализаторов (например, порошки одноименно осажденного металла).

Сульфиды металлов образуются и при использовании в качестве осадителя элементной серы, в частности при осаждении халькофильных металлов (Сu, Ni, Co, благородных металлов) (~350-370 К):

Ме+S=MeS.

Хлориды. Ионы Сu (I) в присутствии ионов Сl образуют нерастворимые хлориды; если медь присутствует в форме иона (II), осаждение ведут в присутствии восстановителя (SO, Cu, Zn, Fe и др.):

  • 2Сu+SO+2НO+2Сl=2CuCl+4Н+SO;

    Сu+Сu+2Сl=2CuCl;

  • 2Сu+Me+4Сl=2CuCl+Ме+2Сl.

Выделение металлов в форме солей.

Способ основан на достижении пересыщенного состояния раствора, в результате которого извлекаемый металл выделяется в форме соли (кристаллизация, высаливание). К этой же группе можно отнести и дистилляцию, при которой состав и устойчивость раствора нарушаются за счет термической обработки с последующим образованием осадков основных солей. Несмотря на простоту, широкое применение, недостатками этих способов являются невысокое прямое извлечение металла, энергоемкость, громоздкость технологии. Аппаратурное оформление операций разделения получаемых солевых пульп аналогично описанному в разделе "Обработка пульп и осадков".

Выпарка и кристаллизация. Сначала упаривают раствор до достижения пересыщенного состояния, после чего выделяется твердая фаза в форме, соответствующей соли. Эту технологию используют для получения медного, никелевого, цинкового купоросов (MeSO4·nH2O), при обработке алюминатных растворов в схеме Байера, сточных вод для удаления балластных солей, при разделении металлов, соли которых имеют различную растворимость, для вывода избытка воды с целью обеспечения замкнутой по раствору технологической схемы.

Как правило, растворимость солей с повышением температуры увеличивается; однако в автоклавных условиях (при Т=400-470 К), особенно в кислых растворах, растворимость соли уменьшается, что может служить способом разделения соли металла и кислоты с целью регенерации последней.

Дробную кристаллизацию применяют для разделения поликомпонентных растворов с целью получения одноименных чистых солей. Способ заключается в многократном повторении цикла "кристаллизация - растворение ионов - кристаллизация".

Используют две схемы выпарки - периодическую и непрерывную; периодическая схема одностадийная, ее проводят при обогреве емкости через паровую рубашку, а пары воды удаляют в атмосферу. Более эффективен вариант вакуумной выпарки, которая исключает выброс пара в атмосферу, нагрев раствора до высоких температур. Непрерывную выпарку проводят в многокорпусных выпарных аппаратах (см. 7.39). Свежий пар подают только на 1-ю стадию выпарки, в последующие аппараты поступает парогазовая смесь из предшествующей стадии. Поскольку движение раствора и греющего пара совпадает, подобная схема является прямоточной.

Иногда используют "огневую" выпарку растворов, применяя в качестве теплоносителя горячие газы от сжигания природного газа. Операцию проводят в печах "кипящего слоя" или в аппаратах с погружным факелом. Это более интенсивный процесс, при этом получают кристаллогидраты с меньшим содержанием молекул воды (n=0,5-2,0); однако в этом случае необходимы системы пылеулавливания и обезвреживания отходящих газов.

Эффективность способа "выпарка - кристаллизация" определяется величиной энергетических затрат, условиями реализации получаемой соли, а в ряде случаев - утилизации и обезвреживания парогазовой смеси.

Высоливание - осаждение соли вследствие уменьшения ее растворимости, обусловленного значительным увеличением ионной силы раствора; последнее достигается при введении кислоты, соли, имеющих одинаковый анион с анионом осаждаемой соли. Нередко в процессе высоливания образуются двойные соли, например СuSO(NH)SO·nHO.

Высоливание - простой способ, не требует сложного оборудования, больших энергетических затрат. Неполное осаждение, образование комплексных осадков извлекаемого металла, проблемы использования фильтрата - все это уменьшает технологические достоинства высоливания.

Осаждение металлов в элементной форме

При обработке растворов, гидроксидных пульп реагентами-восстановителями происходит осаждение металлов в элементной форме. В качестве восстановителя используют химические реагенты, металлы-осадители, газы, электрический ток.

Важнейшими технологическими способами являются цементация, автоклавное осаждение, электролиз с нерастворимыми анодами (электроэкстракция).

Цементация - осаждение металла из раствора его солей другим металлом, имеющим более электроотрицательный потенциал. Помимо электрохимической активности металла-осадителя (величины Е°, склонности к пассивации, кинетики процесса) при его выборе учитывают стоимость, опасность загрязнения раствора вводимыми примесями.

С увеличением температуры и интенсивности перемешивания, начального содержания осаждаемого металла скорость цементации возрастает, образуется более дисперсный осадок; в кислых растворах - чистые дисперсные осадки или плотные пленки.

Цементацию используют (при осаждении меди из растворов от кучного и подземного выщелачивания, при очистке никелевого, кобальтового, цинкового электролитов от меди):

Cu+Me=Сu+Ме.

Для цементации используют агитаторы, барабаны, конусные аппараты, желоба.

Агитаторы эффективны при небольшом масштабе производства, не допускается перемешивание воздухом, чтобы предотвратить растворение осадка и осадителя. Это высокопроизводительные и компактные аппараты, работающие на порошкообразном осадителе.

Барабанные цементаторы устанавливают с наклоном в сторону слива отработанных растворов, опирают на ролики и вращают со скоростью 2-4 мин. Эти компактные, высокопроизводительные аппараты обеспечивают осаждение не менее 94%-96% извлекаемого металла. Однако за счет истирания возрастает выход дисперсных частиц, что осложняет отстаивание осадка, а в процессе его обезвоживания и сушки происходит дополнительное окисление порошка осажденного металла.

В конусных аппаратах раствор под напором поступает в вершину конуса и пронизывает слой осадителя. По мере продвижения раствора вверх скорость потока снижается, что сокращает потери осадка с отработанным раствором.

Желоба - наиболее простые аппараты, которые широко использовали при осаждении меди из разбавленных растворов. Желоба изготавливают из дерева, бетона; ширина их 0,5-2,0 м, глубина 0,8-1,5 м. Желоба устанавливают с уклоном 1-3°, прямолинейно, зигзагообразно. Скрап загружают на ложное днище, слой его периодически разрыхляют.

По мере накопления осадок цементационной меди смывается и через ложное днище потоком воды транспортируется в сборную емкость. На современных установках обслуживание желобов (загрузка, ворошение скрапа, очистка, ремонт, монтаж) механизированы. Извлечение меди превышает 90%, осадок получают чистым и достаточно крупнозернистым.

Автоклавное осаждение газами-восстановителями. Способ заключается в обработке растворов при повышенной (Т>370 К) температуре и давлении газами-восстановителями (Н, SO, СО). Он отличается высокой интенсивностью, обеспечивает селективное осаждение металла в форме порошка, регенерацию растворителя (например, при осаждении меди из кислых растворов), в ряде случаев (при осаждении никеля, кобальта) получение композиционных порошков.

Способ используют в промышленном масштабе для осаждения порошков никеля, кобальта, меди, благородных металлов.

В общем виде процесс записывают:

МеMe+B, в том числе для SO:

SOO=HSO+SO

Ме+ SOO=Me+2Н+SO

Ме+SO+2НO=Me+SO+4H

Примеры использования указанного процесса:

- осаждение меди из кислых растворов

Сu+SOO=Сu+2Н+SO.

Основным газом-восстановителем является водород - достаточно активный, доступный реагент, не вносящий в раствор примесей, однако отличающийся повышенной взрыво- и пожароопасностью. С помощью водорода можно восстанавливать ионы металлов, расположенные в ряду напряжений, начиная с ионов кобальта (II), Е°=-0,28 В:

Ме=Me+2n Н.

Равновесие указанной реакции смещается в сторону прямой реакции в присутствии нейтрализатора, лучше - растворимых щелочных реагентов типа аммиака:

[Me (NH))]+HMe NH+2+(n-2) NH.*

_______________

     * Формула соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

Однако, с другой стороны, с увеличением концентрации аммиака возрастает устойчивость аммиачных комплексов (а значит, снижаются скорость и полнота осаждения металла) и общее давление в автоклаве (), поэтому существует оптимальная концентрация аммиака, близкая к стехиометрии вышеприводимой реакции, т.е. [NH]:[Me]=2,1-2,3.

Наиболее важными параметрами процесса являются давление, температура, состав раствора (содержание металла, затравка, а также ПАВ, кислотность), интенсивность перемешивания. Температура - наиболее интенсифицирующий фактор процесса, однако ее значение не превышает 420-450 К в связи с возрастающими энергозатратами, агрессивностью среды (особенно в кислых средах), опасностью гидролиза солей, спекания дисперсных фракций и ухудшения тем самым чистоты и качества порошка.

Поскольку в процессе ионизации водорода возрастает кислотность, для более полного и быстрого завершения процесса необходимо или ограничивать полноту осаждения, или вводить внешний нейтрализатор.

Для автоклавного осаждения порошков металлов используют автоклавы с механическим перемешиванием (актуально эффективное насыщение пульпы реакционным газом и более полное его использование); обычно их не футеруют (опасность загрязнения порошка продуктами эрозии футеровки), а изготавливают из высоколегированных сталей или титановых сплавов. Емкость автоклавов 5-15 м, они изготовлены с большим запасом прочности и оснащены развитой схемой приборов для контроля за ходом процесса и обеспечения безопасности.

Электроэкстракция используется для обработки растворов с повышенным содержанием металлов (25-40 г/дм), применяя нерастворимые аноды. В результате на катоде восстанавливаются ионы металла:

Ме+ne =Ме, а на аноде протекает реакция с образованием молекулярного кислорода:

НO+2е =2Н+0,5О.

Этот способ используют для извлечения меди, цинка, кадмия, сурьмы, никеля, серебра и ряда других металлов, получая компактные или порошкообразные осадки.

В процессе осаждения растворы обедняются по извлекаемому металлу, одновременно в эквивалентном соотношении регенерируется реагент-растворитель (например, серная кислота при обработке сульфатных растворов), что позволяет организовать замкнутую схему по растворителю.

Источники информации: [31], [32]/

     2.4.2 Производство вторичной меди

Для производства вторичной меди в подавляющем большинстве случаев применяют пирометаллургические процессы. Этапы процесса зависят от содержания меди во вторичном сырье, гранулометрического состава и содержания других элементов [19], [26]. Как и для первичной меди, разработано несколько этапов для удаления этих примесей и возврата металлов из получаемых отходов [33].

Вторичные материалы, идущие на переработку, могут содержать органические материалы, такие как покрытие, или смазку, в связи с чем в технологический процесс вводят этапы обезжиривания и снятия покрытия или применяют печи и системы газоочистки соответствующей конструкции. Цель - увеличить мощность для переработки возросшего объема газа, нейтрализовать летучие органические соединения (ЛОС) и минимизировать образование ПХДД/Ф или разрушить их. Тип предварительной обработки или используемой печи определяется наличием органических веществ, типом загружаемых материалов, т.е. содержанием меди и других металлов и их состоянием (является ли материал окисленным или металлическим).

При плавке загрязненного латунного лома в конвертере для разделения содержащихся в нем металлов производится возгонка или ошлакование других элементов сплава с получением черновой меди и пыли из фильтров с высоким содержанием цинка.

В таблице 2.5 приведена краткая характеристика некоторых широко применяемых видов вторичного сырья.

Таблица 2.5 - Вторичное сырье для производства меди [26]

Тип материала

Содержание меди, массовая доля, %

Источник

Смешанные медные шлаки

1-25

Гальванопокрытие

Электронный лом

15-20

Электронная промышленность

Медные однородные шлаки

2-40

Гальванопокрытие

Медно-железный материал (комковатый или раздробленный): арматура, статоры, роторы и т.д.

10-20

Электротехническая промышленность

Латунные дроссы, зола и шлаки, содержащие медь

10-40

Литейное производство, предприятия по выпуску полуфабрикатов

Измельченный медесодержащий материал

30-80

Предприятия по измельчению лома

Медно-латунные радиаторы

60-65

Автомобили

Смешанный красный латунный лом

70-85

Водомеры, зубчатые колеса, клапаны, краны, компоненты оборудования, подшипниковый узел, пропеллеры, фитинги

Легкий медный лом

88-92

Медные листы, карнизы, водосточные желоба, водяные котлы, нагреватели

Тяжелый медный лом

90-98

Листы, медная штамповка, рельсовые направляющие, провода, трубы

Смешенный медный лом

90-95

Легкий и тяжелый медный лом

Медные гранулы

90-98

Измельченный кабель

Чистый медный лом

99

Полуфабрикаты, проволока, обрезки, лента, кабельно-проводниковая продукция

Этапы производства меди из вторичного сырья в целом аналогичны этапам производства первичной меди, но в качестве сырья обычно используются окисленные или металлические материалы, что, соответственно, определяет иные производственные условия. Плавка вторичного сырья происходит в нейтральных или восстановительных условиях.

2.4.2.1 Этап вторичной плавки

Плавку сырья низкого и среднего качества проводят в печах различного типа: шахтных, плавильных мини печах, поворотных конвертерах с верхней продувкой (TBRC), плавильных печах Ausmenlt/ISASMELT, в отражательных и наклонных печах [30], [19], [26]. Для плавки лома высокого качества (>99% Сu) используются системы Contimelt.

Тип печи и этапы производственного процесса зависят от содержания сырья, его размерных и других характеристик. Таким образом, плавка и рафинирование вторичной меди является комплексным процессом, и тип вторичного материала, который можно перерабатывать, зависит от конкретного имеющегося оборудования и печи [19]. Описание печей представлено в Б.1. Схема технологического процесса производства вторичной меди представлена на рисунке 2.3.

Железо (в виде железистой меди, обычного железного лома и т.д.), углерод (в виде кокса или природного газа) и флюс добавляют по мере необходимости для восстановления оксидов металла, и процессы ведутся в соответствии с используемым типом шихты. В результате восстанавливающей плавки происходит возгонка, в первую очередь, цинка, олова и свинца, которые выделяются в форме оксидов вместе с отходящими газами и собираются в системе сбора пыли. Содержание пыли, диоксида серы, ПХДД/Ф и ЛОС в отходящих газах печей зависит от состава сырья. Для последующей очистки после отделения пыли отходящие газы направляются на мокрую пылегазоочистку [33]. Собранная пыль поступает на дальнейшую переработку для восстановления металлов, извлеченных из шихты.

Рисунок 2.3 - Общая технологическая схема производства вторичной меди [19]

В плавильной мини-печи осуществляют плавку лома, содержащего железо и олово, для получения вторичной меди. В данном случае на первом этапе железо выступает как восстанавливающий элемент для получения металлической меди. Затем в расплав для окисления железа и других присутствующих металлов (свинца и олова), которые выходят в шлак, вдувают кислород. Окисление железа обеспечивает необходимую температуру процесса, а избыточное тепло рекуперируется.

Процесс KRS проводят в печи Ausmelt/ISASMELT [18]. Эта передовая технология заменяет традиционную технологию восстановления цветных металлов из вторичного сырья путем плавки в шахтной печи/конвертере. Типичным исходным материалом является образующееся после плавки и рафинирования меди вторичное сырье, содержащее медь и драгметаллы, отходы литья, металлообработки, или поставляемые предприятиями по переработке медьсодержащих отходов электронные лома, лома медных сплавов, богатые медью шлаки, медные дроссы, пыли из циклонов и фильтров, шлам осаждения и шламы волочения проволоки.

В целом, в электрических печах перерабатывают тот же материал, что и в KRS или в шахтных печах. Загрузка электрической печи на одну тонну получаемой черновой меди меньше, чем для шахтной печи, которая, в отличие от электрической печи, не может работать без оборотного шлака.

2.4.2.2 Конвертирование, огневое рафинирование, переработка шлака и электрорафинирование, переработка чистого лома сплавов

Печи для конвертирования и рафинирования аналогичны печам для переработки первичной меди; системы переработки шлака и электрорафинирования также похожи. Главное различие в том, что в конвертерах, применяемых во вторичном производстве, производится плавка металла или черной меди, а не штейна. В качестве топлива для поддержания температуры плавки в них добавляют кокс или природный газ, а в первичных конвертерах необходимая температура обеспечивается штейном [19]. Во вторичных конвертерах элементы, присутствующие в небольших количествах, такие как железо, окисляются и переходят в шлак, а другие металлы, такие как цинк или олово, возгоняются. В них получают черновую медь, которая затем поступает на огневое рафинирование. Теплота реакции окисления, выделяющаяся при продувке конвертера, служит для возгонки металлических компонентов, а подача шлакообразующих добавок позволяет сформировать слой шлака и перевести в него железо и часть свинца. Поскольку тепловой баланс конвертеров, работающих на металле, достаточно напряжен (тепла экзотермических реакций, как правило, не хватает), в конвертер добавляют коксик или подогревают природным газом. Чистый высококачественный медный лом напрямую загружается для плавки в печи огневого рафинирования.

Шламы электрорафинирования и отработанные растворы также служат источником драгметаллов и таких металлов как никель. Для их извлечения применяют технологии, аналогичные тем, которые используются при первичном процессе.

Медные сплавы, такие как бронзы и латуни, также используются в качестве вторичного сырья в ряде процессов. Если они загрязнены или смешаны с другими сплавами, то они перерабатываются в процессе вторичной плавки и рафинирования как описано выше в подпункте 2.4.2.1 [33].

Чистый сплав применяется непосредственно для производства полуфабрикатов. Чистый материал плавят в индукционных печах, после чего разливают в формы для последующих этапов производства. Производство сплава заданной марки обеспечивается путем анализа и контроля состава шихты без значительных добавок первичного металла. Оксид цинка получают из пыли, оседающей на фильтрах.

На некоторых предприятиях в зависимости от типа загружаемого материала на первом этапе получают летучую пыль с высоким содержанием свинца и цинка, например, в процессе плавки в шахтной печи низкосортного материала. Эти пыли содержат до 65% цинка и свинца и служат в качестве сырья для получения свинца и цинка.

Для извлечения меди из растворов сульфата меди, образующихся при выщелачивании "грязной" меди, или в гидрометаллургическом процессе извлечения раствором, используется метод электроэкстракции. В процессе электроэкстракции здесь используются инертные аноды, например свинцовые или титановые, а в качестве катодов - матрицы из нержавеющей стали или медные пластины. Ионы меди извлекаются из раствора и оседают на катодах также как при электрорафинировании. Сдирка катодов происходит также как и при использовании постоянной катодной основы. Электролит циркулирует по серии ванн до тех пор, пока из него будет извлечена вся медь. После этого электролит возвращается в цикл экстракции растворителем. Часть электролита выводят из циркуляции для контроля примесей на этапе экстракции растворителем.

Процесс электроэкстракции обычно реализуется в две стадии. На первой из электролита извлекают медь до уровня, при котором еще можно получить товарные медные катоды. На второй стадии электроэкстракции (обезмеживания) из электролита в катоды извлекают медь до уровня 1-2 г/л. Напряжение в экстракционных ваннах приблизительно в пять раз выше, чем в ваннах для электролиза меди с растворимыми медными анодами. Периодически из оборота "растворение-электроэкстракция" выводят часть обезмеженного электролита из-за обогащения раствора металлами-примесями, такими как, никель, мышьяк, цинк, железо.

     2.4.3 Производство катанки

Катанку изготовляют из электролитических медных катодов высокой степени очистки, что позволяет минимизировать содержание примесей, влияющих на электропроводимость, отжиг и красноломкость. Особое внимание уделяется контролю параметров плавки в печи для минимизации абсорбции кислорода металлом. Ниже приведено краткое описание используемых при производстве катанки процессов [34].

2.4.3.1 Процесс Southwire

Медные катоды и лом рафинированной меди плавят в шахтных печах. Скорость плавки достигает 60 т/ч. Примерная схема процесса Southwire приведена на рисунке 2.4

Рисунок 2.4 - Примерная схема процесса Southwire [26]

Сырье плавят в печи с радиально расположенными горелками, работающими на природном газе, пропане или аналогичном газе. Параметры сжигания топлива строго контролируются для поддержания слабо восстановительной атмосферы (менее 0,5%-1,5% СО или Н) в местах контакта газа с медью для уменьшения содержания кислорода в меди. Это достигается за счет независимого контроля соотношения топливо/воздух для каждой горелки путем контроля содержания СО и Н в топочном газе каждой горелки.

Отходящие из печи газы охлаждаются и, если это целесообразно, очищаются от пыли промышленными фильтрами. Если в газах наблюдается высокая концентрация СО, то для снижения содержания СО используют дожигание.

Медный расплав выпускают из нижней части шахтной печи по желобу в поворотный цилиндрический миксер. Миксер оснащен горелкой, работающей на природном газе или аналогичном топливе, и служит в качестве резервуара обеспечивающего постоянный поток металла на литье и, при необходимости, для корректировки температуры и металлургической обработки металла. Горелки на природном газе служат для поддержания температуры расплавленной меди и восстановительной атмосферы в миксере и желобах.

Расплавленная медь при контроле скорости потока подается из миксера через желоб в литейную машину. Водоохлаждаемая стальная лента поверх полусферы литейного колеса образует литейную полость, внутри которой расплавленная медь затвердевает, образуя литейную заготовку трапециевидного сечения размером с площадью от 2100 до 8300 мм. Для формирования гладкой поверхности литейного колеса и стальной ленты используется сжигание смеси воздуха с ацетиленом. После выпрямления и обработки литейная заготовка подается через трайб-аппарат в прокатный стан, включающий черновые и чистовые клети. В конце прокатного стана заготовка приобретает свой окончательный диаметр. В качестве смазки роликов используют эмульсию на минеральном масле или синтетический водный раствор [33].

2.4.3.2 Процесс Contirod

Медь плавят в шахтной печи, описанной выше. Расплавленная медь из печи через желоб с гидравлическими затворами поступает в поворотный миксер, нагреваемый газом. Затем медь поступает через наливную воронку, которая автоматически регулирует скорость подачи металла в литейную машину [34]. Примерная схема процесса Contirod приведена на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 - Примерная схема процесса Contirod [26]

В данном процессе применяют двухленточную литейную машину Hazelett [26], [33]. Две ленты охлаждаются непрерывной водяной пленкой, которая движется с высокой скоростью по всей длине поверхности лент. Боковые блоки автоматически охлаждаются в специально сконструированной камере, расположенной на пути обратного хода кристаллизатора. В зависимости от размера линии площадь сечения образующейся заготовки может составлять от 5000 до 9100 мм, а производительность литейной машины - от 25 до 50 т в час. Заготовка прямоугольного сечения охлаждается, с нее удаляется облой, и затем она поступает в прокатный стан с черновыми и чистовыми клетьми, аналогичный стану Southwire за исключением первого чернового блока. В качестве смазки роликов прокатного стана используют эмульсию на минеральном масле или синтетический водный раствор.

2.4.3.3 Процессы Properzi и Secor

Непрерывные процессы Properzi и Secor аналогичны процессу Southwire (см. подпункт 2.4.3.1); основное отличие заключается в геометрии литья [34]. Параметры, описанные для процесса Southwire, также характерны и для этих двух технологий производства медной катанки.

2.4.3.4 Процесс восходящего литья

Медь плавят в индукционной печи канального типа. Расплав порциями поступает в индукционный миксер. При небольшом объеме производства достаточно использовать одну комбинированную плавильно-раздаточную печь [34].

Тянуще-правильная машина расположена над миксером. Водоохлаждаемые графитовые фильеры-охладители погружены на определенную глубину в расплав, и расплавленная медь непрерывно затягивается в фильеры, где она затвердевает и втягивается в трайб-аппарат. Затвердевшая катанка поднимается вверх с помощью трайб-аппарата.

2.4.3.5 Процесс вытягивания из расплава на затравке

Предварительно нагретое сырье загружают в индукционную печь канального типа. Расплавленная медь поступает в миксер и тигель, который соединен с миксером. Затравка диаметром 12,5 см вытягивается через входную фильеру в основании тигля. Протягивание затравки через расплав и контроль окончательного диаметра верхней фильерой формирует диаметр. Литейная заготовка проходит через ролики, регулирующие натяжение, на трехэтапный прокатный стан для изготовления катанки диаметром 8,0 и 12,5 мм [34].

     2.4.4 Производство полуфабрикатов из меди и медных сплавов

С помощью непрерывного или циклического процесса медь и медные сплавы плавят и льют для производства полуфабрикатов в форме, необходимой для дальнейшего производства [33]. Продукты литья являются сырьем для производства различных материалов, таких как листы, ленты, профили, бруски, прутки, проволока и трубы. Обычно применяется несколько процессов, описание которых приведено ниже. Общая схема процесса производства полуфабрикатов приведена на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 - Общая схема процесса производства полуфабрикатов [26]

2.4.4.1 Процессы плавки

Медь и медные сплавы плавят периодической плавкой в электрической или индукционной печи (тигельной или канального типа). При необходимости высокой скорости плавки применяют непрерывную плавку меди в шахтной печи. Для плавки и огневого рафинирования меди также применяют отражательные печи (для плавки также применяются тигельные печи). Системы отвода и очистки печных газов выбирают в соответствии с составом сырья и степенью его загрязненности. Отходящие газы электропечей обычно подвергают последовательной очистке в циклонах, а затем в рукавных фильтрах. Для шахтных печей с газовыми горелками решающим фактором является выбор режима работы горелок для минимизации содержания СО в отходящих газах. При высоком содержании СО (например, >5% от общего объема отходящих газов) на шахтных печах устанавливают дожигающие устройства и систему рекуперации тепла, а также рукавные фильтры для улавливания пыли.

В качестве сырья используются медные катоды, лом меди и сплавов цветных металлов, обычно складируемые на открытых площадках для подбора комбинации компонентов исходного сырья с целью получения сплава заданного состава. Предварительная сортировка и комбинирование позволяют значительно сократить время, необходимое для плавки, что снижает расход энергии и зависимость от дорогой лигатуры. При этом для индукционных печей лом измельчают для повышения эффективности плавки, упрощения использования вытяжек и т.д.

Сырье может также включать латунную или медную стружку, покрытую смазкой. В таких случаях предусматриваются меры, препятствующие проникновению масла за пределы площадок хранения сырья и загрязнению почвы и поверхностных вод. Для удаления смазки и других органических загрязнений применяют сушильные или иные печи, либо методы обезжиривания растворителями или водой [33].

При плавке латуни или бронзы происходит возгонка цинка, которую можно минимизировать, регулируя температуру. Возгоны собирают с помощью системы газоудаления и направляют на рукавные фильтры. Пыль с рукавных фильтров поступает на заводы по производству цинка и свинца. Образование возгона цинка при огневом рафинировании учитывается при проектировании системы газоотведения.

2.4.4.2 Литье заготовок

Обычно литье расплавленного металла из печи или миксера происходит непрерывно или циклами [34]. При непрерывном процессе используют технологии вертикального или горизонтального литья, а при циклическом процессе литье обычно вертикальное. Также применяют восходящее литье. Полученные биллеты и слябы подлежат последующей переработке.

Принципиальная схема непрерывного и циклического литья представлена на рисунке 2.7.

Рисунок 2.7 - Принципиальная схема непрерывного и циклического литья [26]

Стандартными формами литья являются [34]:

- заготовки, изготавливаемые в основном из меди и медных сплавов для производства труб, прутка и профилей с помощью непрерывного и циклического литья;

- слябы из меди и медных сплавов для изготовления листа или полос с помощью непрерывного и циклического литья.

Расплавленный металл через миксер поступает в горизонтальную или вертикальную машину литья заготовок. Отрезки биллет опиливают для последующей обработки. При производстве специальной продукции из меди и медных сплавов используют специальные технологии:

- восходящее литье - при производстве проволоки и труб;

- горизонтальное непрерывное литье - при производстве лент и профиля;

- вертикальное литье - при производстве лент и проката для медных труб.

Для резки литой заготовки при вертикальном и горизонтальном литье используют подвижный отрезной станок. При непрерывном литье длина определяtтся глубиной разливочного пролета. После достижения заданной длины заготовки литье прерывается, и литые заготовки извлекаются с помощью крана или подъемника. В случае непрерывного литья процесс литья не прерывается. Для всех операций литья требуется прямое охлаждение водой, как самой добавки, так и кристаллизаторов для окончательного затвердевания и снижения температуры металла для последующей обработки. Охлаждающая вода может поступать из системы рециркуляции, оснащенной системой водоподготовки (осаждение и отделение твердых частиц - окалины). Если окалина не имеет примесей графита или других веществ, то она возвращается в печь плавильного цеха, в противном случае она напрямую используется в литейном цеху.

Сравнение параметров процесса традиционного непрерывного вертикального и горизонтального литья представлено в таблице 2.6.

Таблица 2.6 - Сравнение процессов традиционного непрерывного вертикального и горизонтального литья

Параметр

Вертикальное непрерывное литье

Горизонтальное непрерывное литье

Диаметр заготовки

70-150 мм

150-140 мм

Производительность

8 т/ч на одну линию

8 т/ч на одну линию

Скорость литья

80-800 мм/мин

80-200 мм/мин

Температура литья

980-1200°С

980-1200°С

Режим работы

Одно- или многоручьевые

Одно- или многоручьевые

Цикличность

Непрерывный

Непрерывный или циклический

Вторичное охлаждение

Использование системы орошения

Использование системы орошения необязательно, хотя возможно

Тип кристаллизатора

Медный, графитовый

Графитовый

2.4.4.3 Изготовление труб, профиля и прутка

Производственные линии можно разделить по двум группам продукта с одинаковыми этапами технологического процесса:

- медные трубы прямые и в бунтах;

- трубы из меди (медных сплавов), а также катанка, пруток, проволока и профиль из меди и медных сплавов.

В обоих случаях сырьем служат биллеты из меди и медных сплавов. На первом этапе биллеты предварительно нагревают в электрических или газовых печах, а затем производят трубы на гидравлической экструзионной линии [33]. Для производства медных труб, в зависимости от типа продукта, применяются следующие промышленные процессы:

- экструзия труб с последующим многоступенчатым волочением до заданного размера;

- экструзия труб с последующим прокатом и несколькими этапами волочения до заданного размера;

- горячий прошивной стан с последующим прокатом и волочением до заданного размера.

При экструзии или прокате биллет для получения труб с толстой стенкой на первом этапе предпочтительно использовать обжимной прокатный стан.

Для изготовления методом экструзии тонкостенных труб применяют волочильные машины.

Процесс производства катанки, прутка, проволоки и профиля из медных сплавов включает экструзию в бунтах или прямую зачистку и травление, волочение до заданного размера (на волочильных станах или непрерывных волочильных машинах), тепловую обработку для определенных сплавов, выпрямление и резку.

Весь процесс, начиная с экструзионного пресса или горячего прошивного пресса, представляет собой последовательность (в большинстве случаев) этапов изменения формы и размера. На всех этих этапах узлы оборудования, применяемые для изменения формы и размера, охлаждаются и защищаются с помощью специальной среды с использованием эмульсии для обжимного проката и смазочных веществ для волочильных устройств. Эмульсия с обжимного стана очищается путем фильтрации, таким образом, увеличивается время эксплуатации и снижается количество смазки для последующей обработки. Смазка, используемая для волочения, расходуется безвозвратно.

Продукция обычно подвергается отжигу и обезжириванию перед транспортировкой, а обрезки обезжириваются в печи или с помощью других методов обезжиривания перед возвратом в плавильную печь. Отжиг продукта происходит в различных печах в восстановительных условиях с применением "экзогаза" (в качестве защитной атмосферы) или водородно-азотной смеси.

Медные трубы можно производить с использованием экструзионного пресса с прошивным оборудованием, на котором из биллетов изготавливают трубные заготовки, с последующей прокаткой на обжимном стане (пилигримовый стан) и финальным волочением до заданного диаметра на волочильном оборудовании. Для волочения используется масло (в небольшом количестве), которое нейтрализуется при обезжиривании/травлении на участке отжига.

2.4.4.4 Изготовление листов и полос

Слябы и слитки часто служат сырьем для изготовления листов и полос. Ключевым элементом технологического процесса производства плоского проката является горячий и холодный прокат. Технологический процесс включает следующие этапы:

- предварительный нагрев;

- горячий прокат и обработка;

- холодный прокат;

- промежуточный отжиг;

- травление, промывка и сушка;

- повторный прокат и отжиг заготовки;

- чистовая обработка:

- листы (раскрой по длине);

- полосы (раскрой по ширине).

Для горячего проката слябов требуется 15-20 проходов, количество которых определяется окончательной формой и весом слябов. При горячем прокате нет потери металла, и вес сляба и бунта совпадает. При горячем прокате не требуется создания защитной среды. Уровень шума при прокате регулируется с помощью специальных защитных мер [18].

Для горячего волочения обычно используют двойной прокатный стан с участками длиной до 200 м и бунтоукладчиком. Охлаждающая ролики вода содержит незначительное количество смазки, добавляемой для снижения сцепляемости со стальными роликами. Образующийся в процессе пар отводится через систему вентиляции с предварительной очисткой газа перед выпуском его в атмосферу.

Затем следует этап холодного проката затвердевшего металла. В большинстве случаев перед холодным прокатом продукция подвергается отжигу. Отжиг происходит в восстановительной атмосфере экзогаза или водородно-азотной смеси для предотвращения окисления. Экзогаз получают на производственной площадке из природного газа в специальном реакторе непрямого нагрева. Азот и водород приобретают и хранят на промплощадке в специальных емкостях. Водородно-азотную смесь изготавливают путем смешивания компонентов в заданной пропорции. Отжиг перед холодным волочением осуществляют в печах с конусным загрузочным устройством с электронагревом и непрямым нагревом природным газом или мазутом. Для промежуточного отжига бунтов перед прокатом применяют печи башенного типа.

Толщина листа уменьшается при прохождении этапов холодного проката на реверсивных прокатных станах, таких как Duo, Quarto, Sexto, Sendzimir (12 роликов). Также используется сочетание прокатного стана, например однониточного, с многониточным прокатным станом. Выбор типа прокатного стана определяется толщиной листа и заданным размером бунта.

При холодном прокате для защиты роликов применяют эмульсию или масло. Газ, отходящий от прокатного стана, подлежит очистке на механических фильтрах, мокрых электростатических фильтрах или скруббере. Эмульсия и масло очищают от частичек металла, пропуская его через бумажные или тканевые фильтры.

Типичные характеристики процесса производства латунных полос представлены в таблице 2.7.

Таблица 2.7 - Типичные характеристики процесса производства латунных полос [26]

Вид операций

Технологические параметры

Горячий прокат

Тип прокатного стана

В основном Duo

Начальные размеры

250-130 мм толщина, 450-1000 мм ширина

Конечные размеры

15-12 мм толщина, 450-1000 мм ширина

Температура

750-800°С

Усилие проката

~10-12 кН/мм по ширине листа

Обработка поверхности

0,3-0,7 мм обрезка по обеим поверхностям

Первый холодный прокат

Тип прокатного стана

В основном Quarto

Усилие проката

~15-20 кН/мм по ширине листа

Размеры уменьшения и скорость проката

Уменьшение толщины с 15 мм до 4 мм,: скорость 100-200 м/мин

Коэффициент преобразования

70%-80%

Отжиг* (рекристаллизация)

Температура

550-600°С

Второй и окончательный прокат

Тип прокатного стана

В основном Quarto, или, в зависимости от толщины листа, Sexto или клети с 20 роликами

Усилие проката

~2-10 кН/мм по ширине листа, в зависимости от типа стана

Скорость проката

Уменьшение толщины с 4 мм до 1 мм: скорость 300-500 м/мин, несколько проходов или уменьшение толщины с 1 мм до 0,1 мм: скорость 500-1000 м/мин, несколько проходов

Резка листов и полос

Тип оборудования

Оборудование продольной резки полос

* Отжиг выполняется каждый раз, когда значение коэффициента преобразования превышает 70%-80%; подбор температуры отжига определяется свойствами обрабатываемого материала.

     2.4.5 Производство слитков из меди и медных сплавов

Слитки из меди и медных сплавов изготавливают для литейного производства методом заливки в литейные формы. Сплавы производят с использованием никеля, олова, цинка, алюминия и т.д.

Для производства слитков требуется сплав точного состава. Такая точность достигается на этапе приемки и хранения сырья путем его разделения и сортировки. Старый лом обычно складируется на открытых площадках с целью формирования сплава заданного состава. Предварительные дозировка и смешивание позволяют значительно сократить время, необходимое для подготовки сплава, что снижает расход энергии и зависимость от дорогой лигатуры. Медь и медные сплавы плавят партиями в стационарных отражательных или в поворотных печах, либо в электрических (индукционных или канальных) печах. Поворотные печи применяются для плавки загрязненного лома, также часто используют кислородно-топливные горелки. Для отделения нежелательных компонентов, в частности железа, добавляют флюсы, а шлак сливают отдельно от металла. Выход металла меняется от 70% до 97% в зависимости от состава сырья. Систему отвода и очистки газов выбирают в соответствии с составом сырья и степенью его загрязнения [13].

Требования по доступу к индукционной печи для загрузки и слива металла предполагает наличие системы подвижного вытяжного оборудования, которое выдерживает механическое воздействие. Отходящие газы индукционных печей обычно поступают на очистку в циклоны и рукавные фильтры. При наличии органических загрязнений можно применять дожигание в системе рекуперации тепла, или же максимально полное сгорание примесей должно обеспечиваться системой контроля горения в печи.

При плавке латуни или бронзы образуются цинковые возгоны, количество которых, однако, можно регулировать, контролируя температуру плавки. Возгоны собираются в системе газоотведения на рукавных фильтрах. Возгоны оксида цинка обычно восстанавливают. При огневом рафинировании образование возгона цинка учитывают при проектировании системы газоотведения.

Из расплава печи берут пробу и анализируют для окончательной коррекции состава сплава. Металл по крытым желобам сливают в изложницы. Изложницы предварительно обрабатывают минеральным веществом (известковое молочко, коллоидный графит, костная мука) для предотвращения прилипания.

Охлажденные слитки связывают в штабеля или увязывают на паллетах.

2.4.5.1 Лигатура

Шихта обычно формируется предварительно согласно заданному составу сплава, но расплавленный металл может быть перелит в печь-ковш или миксер для корректировки состава сплава перед разливкой. Используется такие лигатуры, как CuP, CuNi, CuZnPb, СuВе и т.д. Эти лигатуры получают в тех же печах, которые описаны выше; состав отходящих газов и пыли при производстве лигатур определяет выбор системы управления процессом и системы отвода и утилизации отходящих газов. При наличии особо опасных элементов, таких как бериллий, или при наличии в составе флюса фосфора следует применять системы, обеспечивающие высокие показатели очистки. Например, медно-фосфорная лигатура производится следующим образом. Две печи (обычно индукционные) работают последовательно. Медь плавят в первой печи, откуда расплав поступает во вторую печь, где в него через фурму впрыскивают расплавленный фосфор. Скорость подачи контролируют для минимизации образования паров пентоксида фосфора, особенно на конечном этапе, когда достигается точка насыщения металла фосфором (<14% Р). Затем расплав разливают в изложницы. Пары пентоксида фосфора продолжают образовываться при охлаждении металла в изложницах, если содержание фосфора очень высокое.

Пентоксид фосфора очень гигроскопичен, и его пары не могут быть очищены на традиционных рукавных фильтрах, так как они абсорбируют влагу, что приводит к образованию фосфорной кислоты на поверхности фильтрующей ткани. Традиционная мокрая очистка также не обеспечивает полной очистки, так как мелкодисперсные пары образуют туман, который не улавливается средой скруббера. Эффективное снижение концентрации фосфорсодержащих соединений в потоке газа достигается при использовании высокопроизводительных скрубберов вентури или фильтров с набивкой из стекловолокна. Теоретически может производиться слабая кислота для последующего использования, но это трудноосуществимо.

     2.4.6 Операции травления

Проволока, трубы, полосы и другие материалы подвергают травлению для чистовой обработки перед упаковкой, или, в случае с медной проволокой, для удаления оксидной пленки с поверхности перед волочением. Для этого используют раствор серной кислоты, иногда - смесь разбавленных серной и азотной кислот. В последнем случае, при использовании азотной кислоты повышенной концентрации, могут образовываться пары азота.

2.4.6.1 Бескислотное травление медной катанки

Этот процесс имеет замкнутый цикл. Катанка подвергается травлению непосредственно на линии в разделенной на секции горизонтальной стальной трубе с использованием 2,5%-3,5% водно-спиртового раствора изопропанола (изопропилового спирта - ИПС). Процесс преобразования оксида меди (частично остающегося на прутке) в медь под воздействием спирта известен под названием технология Бернса (Burns) [34]. Отработанный травильный раствор может перерабатываться с целью извлечения ИПС или перегоняться в вакууме. Шламы/твердые частицы после выделения из травильных растворов используются для извлечения металла. Стоки, образующиеся при извлечении ИПС, и отработанный травильный раствор можно использовать при подготовке эмульсии или отправлять на водоочистные сооружения.

После травления катанку сушат сжатым воздухом. Затем ее покрывают воском путем распыления восковой эмульсии для защиты поверхности от окисления. Катанку укладывают в бунты на деревянные паллеты, увязывают и упаковывают в полиэтилен и полипропилен.

2.4.6.2 Кислотное травление медной катанки и полуфабрикатов из меди и медных сплавов

Медная катанка

Кислотное травление медной катанки производится в разделенной на секции горизонтальной трубе из нержавеющей стали [34]. В первом варианте травление осуществляется разбавленной серной кислотой, затем остатки кислоты смываются с поверхности катанки в несколько этапов путем распыления воды с последующей сушкой сжатым воздухом и покрытием воском. Отработанная кислота отправляется на переработку или извлечение металла. Для защиты работников системы травления оснащены вентиляцией.

Продукция промывается, промывочная вода направляется на очистку, а образующиеся шламы по возможности перерабатываются. Для удаления смазки с поверхности проката используют детергенты. Отработанная вода очищается путем ультрафильтрации. Если для обезжиривания поверхности используют органические растворители, то применяют установку для обезжиривания в парах растворителя. В этом случае, в образующемся на водоочистных сооружениях шламе могут присутствовать хлорированные углеводороды.

Во втором варианте, после частичного охлаждения, бунт катанки укладывают спиралью в длинную заполненную водой трубу, соответствующую диаметру бунта на рольганге, где ее температуру снижают до 20°С с помощью орошения водой. Затем кислотоустойчивый конвейер транспортирует бунт в емкость для травления катанки 20% раствором серной кислоты. Такая система травления кислотой обеспечивает практически полное удаление окислов с поверхности катанки. Затем катанка промывается и покрывается воском.

Для извлечения меди, растворенной при обработке кислотой, применяют электроэкстракцию. Образующийся промывочный раствор может использоваться в качестве подпиточной жидкости для участка электроэкстракции, расположенного на той же производственной площадке, или очищается с помощью ионного обмена.

После освоения процесса бескислотного травления катанки при помощи изопропилового спирта, кислотное травление при производстве катанки на российских предприятиях практически не применяется.

Полуфабрикаты из меди и медных сплавов

Травление поверхности листов и лент обычно осуществляется с применением серной кислоты (8%-10%), но для некоторых специальных сплавов в непрерывных процессах или автоматических системах применяют смесь серной и азотной кислот. Для удаления паров азотной кислоты используется специальная система газоочистки. Периодически кислоту заменяют, чтобы не снизить качество обработки поверхности [34].

Отработанная кислота поступает для извлечения металлов на собственные или внешние очистные сооружения. Для защиты персонала на участках травления применяется принудительная вентиляция. Вода после промывки также поступает на нейтрализацию, а шлам по возможности перерабатывается. Для обезжиривания поверхности проката используют воду с детергентом, которая затем очищается на установках ультрафильтрации.

     2.5 Неорганизованные эмиссии

_______________

По материалами справочника ЕС по НДТ для предприятий цветной металлургии.

Неорганизованные эмиссии - очень важный источник эмиссий в цветной металлургии. Их объем может быть существенно выше объема организованных эмиссий, поступающих на очистку (в отдельных источниках высказывается мнение, что объем неорганизованных эмиссий может в 2-3 раза превышать объемом контролируемых эмиссий [33], хотя этот показатель сильно меняется в зависимости от условий конкретной площадки).

Неорганизованные эмиссии [35] - эмиссии, возникающие при прямом (не канализованном) контакте летучих соединений или пыли с окружающей средой при нормальных условиях работы. Они могут возникать в связи с:

- особенностями конструкции оборудования (например, фильтров, сушильных установок);

- режимами эксплуатации (например, во время перемещения материала между контейнерами);

- видами деятельности (например, деятельность по техническому обслуживанию);

- постепенным выпуском в другие компоненты окружающей среды (например, в охлаждающие или сточные воды).

Источники неорганизованных эмиссий могут быть точечными, линейными, поверхностными или объемными. Многочисленные выбросы от источников внутри здания обычно относят к неорганизованным эмиссиям, если загрязняющие вещества выводятся из здания естественным путем, в то время как выбросы через принудительную вентиляцию рассматриваются как канализованные/контролируемые эмиссии.

К примерам неорганизованных эмиссий относятся эмиссии, образующиеся на складах во время погрузки и разгрузки, при хранении пылящих твердых материалов на открытом воздухе, выбросы от печей при загрузке шихты и выпуске плавки, выбросы от электролизных ванн, процессов, в которых используются растворители и т.п.

Случайные эмиссии [35] - эмиссии в окружающую среду, возникающие в результате постепенной утраты герметичности оборудования, обеспечивающей удержание внутри него газа или жидкости. Обычно утрата герметичности может быть вызвана перепадом давления и возникающей в результате утечкой. Случайные эмиссии - частный случай неорганизованных эмиссий.

К примерам случайных эмиссий относятся утечки из фланцев, насосов или других устройств и потери жидких и газообразных продуктов при их хранении.

     2.5.1 Источники неорганизованных эмиссий

На металлургических заводах неорганизованные эмиссии могут возникать из следующих источников:

- системы транспортировки, разгрузки, хранения и переработки, выбросы которых прямо пропорциональны интенсивности ветра;

- взвеси дорожной пыли, поднимаемой при работе транспортных средств, и загрязнение их колес и шасси;

- вторичный выброс пылящих материалов с брошенных цехов, складов или пунктов разгрузки под действием ветра, который пропорционален кубу скорости ветра;

- собственно технологические процессы.

В справочнике ЕС по НДТ для выбросов со складов и площадок хранения [36] и в пункте 2.5.2 приведены описания первых трех источников неорганизованных эмиссий.

Существует определенная вероятность эмиссий ЛОС в воздух и нефтепродуктов в воду и на почву во время погрузки, хранения, разгрузки и перемещения жидкостей и газов. ЛОС также могут выбрасываться в атмосферу путем испарения из резервуаров и утечек из трубопроводов. Существует также вероятность загрязнения пылью и металлами воздуха и почв при погрузке, разгрузке, транспортировке и хранении твердых материалов и вследствие вторичных выбросов пыли в зонах хранения и с конвейеров. Взвешенные твердые частицы, металлы, нефтепродукты и различные анионы, такие как сульфаты (в зависимости от типа руды и ее способов ее переработки), могут сбрасываться в воду.

Источники, связанные с технологическими процессами, описанные в подразделе 2.4, также важны [33], поскольку неорганизованные выбросы могут возникать вследствие негерметичности технологического оборудования, во время загрузки, плавки и выпуска расплавов, а также при транспортировке расплавов между операциями. Особое значение имеет тот факт, что преобладающие температуры различных фаз металлов, шлаков и штейнов выше точки испарения попутных легкоплавких металлов (например, цинка) и оксидов (например, SnO и РbО), поэтому последние аккумулируются в отходящих испарениях. По мере возможности неорганизованные выбросы должны улавливаться на источнике при помощи вторичных вытяжек, а образующиеся отходящие газы должны направляться на газоочистку.

Источником неорганизованных выбросов с завода является также содержащий пыль вентиляционный воздух, отходящий через проемы в стенах и крышах производственных зданий. При выборе превентивных мер особое внимание следует уделять условиям труда работников. Исходя из необходимости учета воздействия на персонал, находящийся в здании, сокращение неорганизованных выбросов из здания путем, например, закрытия окон или другого способа удержания их внутри здания, не является приемлемым. В связи с этим борьба с неорганизованными выбросами, образующимися внутри здания, должна ориентироваться, прежде всего, на их предотвращение максимально близко к источнику образования (например, с более равномерной загрузкой шихты в плавильную печь или усовершенствование аспирационных зонтов над зонами пыле-газовыделения там, где это возможно и целесообразно). Замеры на рабочих местах, результаты анализов крови и мочи работников могут также свидетельствовать о степени улавливания неорганизованных выбросов [37].

     2.5.2 Процессы и методы предупреждения неорганизованных эмиссий при хранении и обработке исходных материалов

Основным сырьем, используемым при производстве цветных металлов, являются руды и концентраты, вторичное сырье, топливо (газ, твердое топливо, мазут в качестве резервного топлива) и технологические газы (такие как кислород, хлор и инертные газы). Также используются и другие материалы, такие как флюсы, добавки, химические реагенты (например, для систем очистки). Это разнообразие материалов создает множество проблем, связанных с их использованием и хранением, и выбор конкретных применяемых методов зависит от физических и химических свойств материала (см. также [36]). В целом следует избегать хранения пылящих материалов на открытых площадках. Конвейерные системы должны быть закрытыми. Рукавные фильтры должны регулярно проверяться и обслуживаться [38]. Ниже приведено описание наиболее распространенных процессов и методов, которые могут применяться для предотвращения эмиссий в окружающую среду.

2.5.2.1 Процессы и методы, применяемые для руд и концентратов

Руды и концентраты могут доставляться к месту переработки автомобильным, железнодорожным и водным транспортом. В пунктах их разгрузки широко используются системы предотвращения пыления, улавливания и очистки от пыли.

Производственный экологический контроль, играющий все более важную роль в повышении эффективности переработки, сокращении потребления энергии и снижении эмиссий, обычно основан на эффективных методах отбора и анализа проб, регистрации параметров сырья, что позволяет определить оптимальные эксплуатационные характеристики основных технологических процессов. Это во многом определяет выбор методов хранения и обработки.

Разгрузка, хранение и перемещение твердых материалов выполняется с помощью тех же методов, которые применяются для твердого топлива. Обычно для данных материалов применяются более строгие требования к условиям хранения, поскольку они обычно химически более активны, имеют меньший размер частиц, легче образуют воздушные взвеси или смываются в воду. Широко используются автоматические устройства быстрой герметизации. Вещества, используемые для флюсования и шлакования, также доставляются на площадку, хранятся и перерабатываются аналогично рудам и концентратам.

Руды и концентраты (если они образуют пыль) и другие пылящие материалы обычно хранятся в закрытых зданиях. Также используются накрытые и укрытые штабеля и бункеры. Открытые штабеля используются для хранения крупных фракций окомкованного материала, однако они обычно размещаются на площадках с твердым, влагонепроницаемым покрытием, например бетонированных, для предотвращения материальных потерь, загрязнения почв и руд. Некоторые крупнокусковые материалы не размещают на площадках с твердым покрытием из-за возможных повреждений покрытия, которые могут вызвать скрытые проблемы. Для разделения руд разного качества между их штабелями часто оставляют проходы.

Руды и концентраты обычно используются на крупных установках, поэтому в качестве основного места хранения бункеры используются не часто, но они могут использоваться для промежуточного хранения, либо для приготовления рудных/флюсовых смесей. Для взвешивания руд и флюсов с целью получения оптимальных смесей и улучшения технологического контроля используются системы дозирования "по изменению веса" и конвейерные весы, дозаторы.

Для пылеподавления часто используется распыление воды, но при необходимости использования сухой шихты этот метод обычно не применяется. Для пылеподавления без переувлажнения материала используются альтернативные методы, такие как мелкодисперсные распылители, позволяющие получать водяной туман. Некоторые концентраты изначально содержат достаточно влаги для предотвращения пыления.

Для предотвращения пылеобразования в условиях ветреной погоды могут использоваться поверхностно связывающие агенты (такие как меласса, известь или поливинилацетат). Связывание частиц поверхностных слоев может предотвратить их окисление и последующую утечку материала в грунт или поверхностные стоки.

Разгрузка рудных материалов может быть потенциальным источником значительных выбросов пыли. Основная проблема возникает, когда полувагон или иное опрокидывающееся транспортное средство разгружается под действием силы тяжести. Интенсивность разгрузки не контролируется, что приводит к существенным выбросам пыли, которые могут превзойти возможности пылеподавления и пылеулавливания. В таких случаях могут использоваться закрытые разгрузочные помещения с автоматическими дверями.

Также используются прозрачные пластиковые экраны, которые располагаются напротив опрокидываемых вагонов. В этом случае воздушная волна, возникающая при разгрузке, проходит в распорную секцию (sprung section) и контейнер поглощает энергию разгрузки; давление воздуха амортизируется, что позволяет вытяжной системе справляться с возросшей нагрузкой.

Материал может разгружаться при помощи конвейера с нижней подачей, грейферного крана или фронтального погрузчика, для транспортировки пылящих материалов используются полностью закрытые конвейеры. Для транспортировки плотных материалов также применяются пневматические системы. Для улавливания пылящих материалов в стационарных пунктах разгрузки или в точках перегрузки на конвейерах могут использоваться аспирационно-фильтрующие системы. При использовании открытых конвейеров пыление может возникать при слишком быстром движении ленты (например, при скорости выше 3,5 м/с). При использовании фронтального погрузчика пыление возможно на всем протяжении дистанции транспортировки.

Твердые частицы могут налипать на колеса и другие части транспортных средств, загрязняя дороги, как на промышленной площадке, так и за ее пределами. Для устранения этого вида загрязнения часто используется мойка колес и днища (или, например, при отрицательных температурах, другие методы очистки). Эту проблему может усугубить использование фронтальных погрузчиков, большего, чем необходимо, размера.

Подметальные машины и другое специализированное оборудование, применяющее комбинацию распылителей воды и вакуумного всасывания, широко используется для сбора пыли, в том числе со старых складских территорий, для поддержания чистоты внутренних дорог и предотвращения вторичного пыления.

В зависимости от местной топографии необходимо предпринимать меры предосторожности в отношении паводков/наводнений и связанных с ними эмиссий токсичных материалов.

2.5.2.2 Процессы и методы, применяемые для вторичного сырья

Для цветной металлургии характерно активное извлечение металлов из различных видов сырья, т.е. используется широкий спектр вторичных материалов. Лом металлов, съемы/дроссы, пыли используются как источники металлов, при этом такие материалы нередко содержат несколько видов металлов или их соединений. Комплексный подход в рамках одного предприятия или между близко расположенными несколькими предприятиями может содействовать эффективному использованию вторичного сырья [39]. Вторичные материалы также используются в рамках некоторых технологий переработки первичного сырья.

Источник вторичного сырья может дать информацию о потенциальных эмиссиях, связанных с присутствием кислот, нефтепродуктов, органических загрязнителей (из которых во время плавки могут образовываться ПХДД/Ф), анионов и таких компонентов как аммиак, образующихся в результате взаимодействия съемов/дроссов с влагой. Это прямо влияет на возможные эмиссии в атмосферу, водную среду и на почву, причем может быть эмитирован любой из этих компонентов. Контроль наличия в составе материалов (например, путем проверки и сортировки) непредвиденных примесей и загрязняющих веществ может быть экономически эффективен с точки зрения чистоты готового продукта и снижения эмиссий.

Физическое состояние материала также влияет на методы хранения и переработки. Материалы могут быть пылящими, маслянистыми, могут значительно различаться по размеру: от тонкодисперсной пыли до крупных кусков. Эти факторы оказывают влияние на выбор методов доставки, хранения и переработки. Методы обращения с первичным сырьем применяются наряду с другими перечисленными ниже методами.

Вторичные сырьевые материалы могут доставляться на площадку в мешках МКР (биг-бэгах), либо в бочках. Физическое состояние материала определяет метод доставки и метод хранения. Источник материала также может определять значительное воздействие, в связи с чем применяются различные методы сортировки материалов. В большинстве случаев осуществляются контроль качества и анализ загружаемых материалов.

Крупные компоненты и такие материалы, как стружка, обрезь и шлифовальный шлам, хранятся на бетонированных площадках, которые могут быть открытыми, закрытыми или находиться внутри зданий. Некоторые материалы крупных фракций не хранятся на площадках с покрытием, если они могут повредить такое покрытие. Разнородные материалы обычно хранятся в отдельных штабелях для разделения различных сортов материала и составов для различных сплавов.

Пылящие материалы и съемы/дроссы также хранятся в раздельных штабелях, которые могут быть открытыми, укрытыми или находиться внутри зданий. Эти материалы могут быть самовоспламеняющимися или реагировать с влагой, образуя в зависимости от химического состава аммиак или другие газы, такие как арсин (мышьяковистый водород) или стибин (сурьмянистый водород). Поэтому при выборе методов хранения необходимо учитывать эти факторы. Холодный пылящий материал может быть покрыт связующим материалом, таким как меласса, с получением сухой крошки, исключающей образование пыли. Присутствие в сырье связующего материала не влияет на параметры пирометаллургических процессов.

Вторичные сырьевые материалы могут быть загрязнены различными другими материалами, такими как нефтепродукты, кислоты и органика, которые могут быть смыты в дренажные системы. Возможность загрязнения такими веществами ливневых и других стоков учитывается при разработке методов хранения и очистки стоков с соответствующих площадок. Для предотвращения загрязнения водных объектов применяются обвалование площадок, герметизация их поверхности и нефтеловушки.

При обращении с материалами в зависимости от способа хранения используются различные методы. Применяются грейферы, конвейеры, бульдозеры, фронтальные погрузчики, экскаваторы. Вторичные материалы перед использованием и предварительной обработкой часто необходимо смешивать, в этом случае используются промежуточные площадки для хранения.

2.5.2.3 Процессы и методы, применяемые для топлива

Топливо может использоваться непосредственно как источник тепла, как восстановитель или и в том и в другом качестве. Тип использования должен определяться конкретно для каждой отдельной установки. Топливо может доставляться на площадку по трубопроводу, автомобильным, железнодорожным или водным транспортом. Методы доставки находятся вне области применения настоящего документа, но использование колесного транспорта для регулярной доставки может увеличить уровень шума и перегрузку движения транспорта на площадке и в непосредственной близости от нее.

Доставка и хранение топлива обычно контролируются оператором объекта с целью предотвращения разливов и утечек. К числу используемых методов относятся следующие.

Жидкое топливо

Для доставки наиболее часто используются автомобильные и железнодорожные цистерны. Для систем хранения топлива на площадке характерно использование резервуаров с вентилируемой или плавающей крышей, размещаемых в закрытых зонах, либо внутри обвалования, емкость которого достаточна для удержания содержимого самого большого резервуара (или 10% от общего объема всех резервуаров, в зависимости от того, что больше). Для предотвращения попадания нефтепродуктов в ливневые стоки используются эффективные нефтеловушки.

Часто практикуется дренирование испарений от резервуаров для хранения обратно в загрузочный резервуар, за исключением случаев использования плавающей крыши. При доставке жидкого топлива и сжиженных газов используется автоматическая повторная герметизация соединяющих трубопроводов. Питающие соединения находятся внутри обвалованной территории.

Общепринятой практикой являются регулярные проверки содержимого резервуара для обнаружения утечек и определения безопасного объема загрузки. Используются системы подачи сигналов тревоги. В некоторых случаях применяется инертная атмосфера.

Для доставки жидкого топлива могут также использоваться трубопроводные системы, включающие резервуары промежуточного хранения. Раздача топлива для технологических нужд из резервуаров хранения обычно производится по воздушным трубопроводам, сервисным траншеям или, реже, по подземным трубопроводам. Для предотвращения повреждения воздушных трубопроводов используются барьеры. Использование подземных трубопроводов может затруднять выявление утечек топлива, которые могут повлечь загрязнение почвы и подземных вод.

При наличии риска загрязнения грунтовых вод территория для хранения должна быть изолирована и устойчива к воздействию хранящегося материала.

Газообразное топливо

Общепринятой системой доставки газообразного топлива являются трубопроводы. Хотя сжиженный нефтяной газ может рассматриваться как жидкость, при обращении с ним применяются те же методы, что и при обращении с газом.

Доставка газа часто связана с применением оборудования для понижения давления или, иногда, компрессорного оборудования. В любом случае для выявления утечек часто используют измерение давления и объема, а для контроля состояния атмосферы на рабочих местах и поблизости от резервуаров хранения - газовые датчики.

К числу общепринятых методов относятся распределение газа с помощью воздушных трубопроводов или трубопроводов, размещаемых в сервисных траншеях; при этом, применяются соответствующие методы защиты этих трубопроводов от повреждений.

Твердое топливо

Для доставки твердого топлива используется автомобильный, железнодорожный или водный транспорт. В зависимости от типа (например, кокс, уголь) и риска пылеобразования топливо хранят в бункерах, закрытых штабелях, открытых штабелях или в зданиях.

Открытые штабели используются нечасто, но там, где они применяются, их проектируют с откосом с наветренной стороны; могут устанавливаться ограждающие стены для уменьшения воздействия ветра и сохранения материала. Материал может перегружаться конвейером, грейфером или фронтальным погрузчиком.

Конвейерные системы проектируются с минимальным числом поворотов и минимальной высотой падения на этих поворотах, чтобы сократить потери и пылеобразование. В зависимости от риска пылеобразования используются закрытые, укрытые или открытые конвейеры; при необходимости используются системы фильтрации и пылеочистки. При использовании открытых конвейеров пыление может возникать при слишком быстром движении конвейера (т.е. свыше 3,5 м/с). С целью предотвращения потерь для очистки возвратной секции конвейера используются ленточные скребки.

Для предотвращения выбросов пыли может контролироваться влажность топлива. Выбросы пыли возможны при использовании сухого и тонкодисперсного материала. Здесь сокращению воздействия может способствовать наличие в контракте на поставку топлива его спецификации с указанием параметров влажности и приемлемой концентрации тонкодисперсных фракций [17].

Для предотвращения пылеобразования под воздействием ветра и поверхностного окисления топлива над открытыми штабелями в некоторых случаях разбрызгивается вода или связующие агенты (такие как поливинилацетат или меласса). Поскольку твердые частицы могут быть смыты в дренажные системы, для предотвращения загрязнения стоков с открытых штабелей часто используется осаждение этих стоков.

Твердое топливо может транспортироваться по площадке при помощи грузовых автомобилей, конвейера, пневматических систем. Часто в качестве временных или резервных хранилищ используются силосы или бункеры. Эти системы обычно включают пылеулавливающее и фильтрующее оборудование.

2.5.2.4 Процессы и методы, применяемые для образующихся химических веществ и газов

Кислоты и щелочи, другие химические реагенты часто используются в основных технологических процессах для выщелачивания металлов, осаждения соединений или в очистном оборудовании, а также могут производиться в ходе основного технологического процесса.

Поставщик, как правило, указывает требования к условиям хранения таких материалов. Многие из этих реагентов могут взаимодействовать между собой, что учитывается при определении методов их хранения и переработки: обычно применяется раздельное хранение химически активных материалов. Жидкости обычно хранятся в бочках или резервуарах на открытых или закрытых обвалованных территориях; при этом для таких территорий используются покрытия, устойчивые к воздействию кислот и химических веществ. Твердые материалы обычно хранятся в бочках или мешках МКР (биг-бэгах) в помещениях с изолированными дренажными системами; для хранения некоторых материалов, таких как, например, известь используются силосы. Применяются пневматические транспортные системы.

В производстве меди, как и других цветных металлов, для различных целей используются газы. В частности, в больших объемах могут применяться технологические газы. Потребление отдельных видов газов оказывает влияние на методы их транспортировки и распределения.

Для улучшения сгорания, обеспечения окисления и улучшения процесса конвертирования используется кислород; для восстановления оксидов металлов используются природный газ, бутан или пропан. Диоксид углерода, азот и аргон используются для обеспечения инертной атмосферы и для дегазации расплавленного металла. Окись углерода и водород используются в основных технологиях. Водород и диоксид серы используются для восстановления оксидов и солей. Хлор и кислород используются в процессе выщелачивания.

Оператор может производить газы на своей площадке для собственных нужд, хотя известны случаи выпуска газов по контрактам для поставки на другие площадки. На некоторых объектах для улучшения горения используется кислород, а для подавления искрения воспламеняющихся материалов - азот. Для производства обоих этих газов используются одни и те же криогенные процессы или процессы, основанные на перепадах давления; производимый низкокачественный азот может применяться в ряде операций, требующих инертной среды. Аналогичным образом дымовые газы с низким содержанием кислорода могут использоваться для предотвращения самовозгорания.

Газы могут транспортироваться в цистернах или по трубопроводам. Контроль объема запасов и давления обеспечивают обнаружение утечек для всех газов.

Для смешивания газов (например, приготовления смесей аргона и хлора) используются балансировка и слияние потоков. При небольших потребностях могут поставляться предварительно смешанные газы.

Распределение газов внутри площадки обычно обеспечивается воздушными трубопроводами, снабженными надежными системами защиты от повреждений.

     2.5.3 Процессы и методы предупреждения неорганизованных выбросов и сбора отходящих газов при производстве металлов

Этот подраздел посвящен предотвращению неорганизованных выбросов и улавливанию отходящих газов металлургических процессов, включая неорганизованные выбросы, вызванные дефектами в проектировании или обслуживании систем газоулавливания. Газы и испарения технологического процесса попадают в рабочую зону и затем - в окружающую среду. Они, таким образом, влияют на обеспечения условий труда работников, а также вносят свой негативный вклад в воздействие процесса на окружающую среду. Методы улавливания технологических газов используются для предотвращения и минимизации таких неорганизованных выбросов.

Пыль, испарения и газы металлургических процессов улавливаются с помощью систем укрытия печей, путем полного или частичного перекрытия желобов, систем выпуска расплавов, зон передачи, с помощью других аналогичных систем или с помощью вытяжных зонтов [40]. Горячие газы от желобов могут улавливаться и использоваться для поддержания горения, что также позволяет утилизировать остаточное тепло. В герметизированных печах могут использоваться закрытые кислородные фурмы и горелки, пустотелые электроды, вытяжные зонты и колосники, или стыковочные системы, обеспечивающие герметичность печи на время загрузки. Вытяжные зонты размещаются как можно ближе к источнику выбросов, с учетом наличия пространства, необходимого для выполнения производственных операций. В некоторых случаях используются перемещаемые зонты, а для ряда процессов вытяжные зонты используются для улавливания первичных и вторичных выбросов. Также применяются отдельные третичные системы улавливания, спроектированные для сбора всех остающихся выбросов; их часто называют "дом-в-доме" (см. рисунок 2.8).

Рисунок 2.8 - Система улавливания "дом-в-доме"

Кроме вышеупомянутых методов имеются сведения о следующих мерах по предотвращению неорганизованных выбросов и улавливанию отходящих газов металлургических процессов.

Увеличение объема шихты, загружаемой в печь или ячейку, для обеспечения лучшей герметизации и улавливания отходящих газов.

Обновление или усовершенствование оборудования для улавливания и фильтрации отходящих газов.

Сокращение времени простоя печи за счет улучшения огнеупорной футеровки (тем самым сокращается время разогрева и останова, когда происходит краткосрочное увеличение выбросов).

Герметизация крыш производственных зданий и модернизация фильтров.

Проведение исследований динамики потоков печных газов с помощью компьютерных моделей, а также потоков печных газов и движения конденсированных электролитов с помощью трассеров [41] для предотвращения и сокращения неорганизованных выбросов. Использование этих методов позволяет оптимизировать режимы эксплуатации систем газоулавливания. Параллельно шло совершенствование конструкции печей и систем подачи электролита для обеспечения загрузки сырья небольшими одинаковыми по объему партиями, что также вносят свой вклад в предотвращение неорганизованных выбросов [41].

Критерии проектирования. Системы улавливания и коэффициенты очистки проектируются на основе достоверных данных об улавливаемом материале (размеры частиц, концентрация и т.п.), о форме облаков пыли в условиях предельных режимов и о влиянии изменений объема, давления и температуры на эти системы. Для достижения оптимальных проектных параметров и эффективности улавливания могут использоваться компьютерные модели динамики потоков [42]. Корректное измерение или оценка объема, температуры и давления газа выполняются для того чтобы обеспечить необходимую степень очистки на пике газовых потоков. Для качественного проектирования с целью предупреждения истирания, отложения, коррозии или конденсации также необходимо измерять и некоторые другие параметры, характеризующие состояние газа и пыли. Другим важным фактором является обеспечения доступа к зонам загрузки материалов и выпуска расплавов из печи при сохранении высокого уровня улавливания отходящих газов; для учета этого фактора на стадии проектирования необходимо использовать практический опыт персонала, эксплуатирующего печи.

Существуют и другие методы улавливания неорганизованных выбросов, которые невозможно предотвратить, либо ограничить [40], [43], [44], [45].

Закрытие и очистка от загрязнений старых складских территорий или объектов утилизации.

Применение критериев проектирования для систем улавливания и очистки полезно не только для предотвращения выбросов в атмосферу, но и для сокращения энергопотребления, так как улавливание газа требует перемещения больших объемов воздуха и может быть связано с потреблением огромных объемов электроэнергии. При проектировании современных систем улавливания основное внимание уделяется увеличению доли улавливаемых загрязняющих веществ и минимизации объемов перемещаемого воздуха [26]. Конструкция системы улавливания или вытяжных зонтов очень важна, так как современные проектные решения могут обеспечить высокую эффективность улавливания без избыточного энергопотребления в остальной системе. Герметизированные системы, такие как закрытые печи, могут обеспечивать очень высокую эффективность улавливания и имеют преимущество перед другими, полугерметичными печами. Для оборудования с периодическим режимом работы, например конвертеров, характерна высокая изменчивость газовых потоков; герметизацию такого оборудования сложно обеспечить, поэтому его часто приходится оснащать вторичными вытяжными устройствами [17].

Для подачи улавливаемых газов на очистку или обработку используются газоходы и вентиляторы. Эффективность улавливания зависит от эффективности вытяжных устройств, целостности газоходов, устойчивой работы системы контроля давления/потока. Для обеспечения степени улавливания, отвечающей меняющимся условиям (например, изменениям в объеме отходящих газов), с целью минимизации энергопотребления используются вентиляторы с переменной скоростью. Также возможно использовать систему автоматического управления вентиляторами, которая включает их только на этапах процесса, связанных с образованием выбросов, как в вышеупомянутой системе "дом-в-доме". Системы улавливания также могут проектироваться с учетом характеристик установок, с работой которых они связаны, например установки газоочистки или сернокислотной установки. Используются системы управления, обеспечивающие качественное проектирование и обслуживание систем.

     2.6 Диоксид серы

Диоксид серы образуется во время сушки, обжига и плавки сульфидных концентратов и других материалов, при этом диоксид серы образуется в различных концентрациях, поэтому выбор той или иной системы улавливания зависит от конкретных значений концентрации.

Присутствующая в сырье сера с помощью соответствующих реагентов может поглощаться шлаками или штейнами, а штейны могут использоваться в технологическом процессе. Сера, не поглощенная штейном или шлаком в процессе плавки, как правило, присутствует в виде SO и может быть извлечена в виде элементарной серы, жидкого SO, гипса (сульфата кальция) или серной кислоты. Выбор конечного продукта определяется наличием соответствующих рынков, но наиболее экологически безопасный вариант - это производство гипса или элементарной серы, особенно в условиях отсутствия надежных рынков сбыта для прочих продуктов. Диоксид серы образуется в результате обжига и плавки сульфидных концентратов и связанных с ними процессов конвертирования. Данные процессы реализуются таким образом, чтобы достигалась максимальная концентрация диоксида серы, что повышает эффективность процесса ее извлечения. Высокая степень извлечения серы устраняет межсредовые эффекты.

Информация о процессах, методах и технологических установках, применяемых для улавливания SO и выпуска из него таких продуктов, как серная кислота, жидкий SO, элементарная сера или гипс (сернокислый кальций), приведена в Б.4.4.

     2.7 Водопотребление и водоотведение

В данном разделе приводится общая характеристика процесса образования сточных вод. Описание путей и методов сокращения их объемов, использования воды в замкнутом цикле и очистки стоков приведено в Б.5.

     2.7.1 Основные источники сточных вод

Производство цветных металлов с помощью пирометаллургических и гидрометаллургических процессов связано с образованием различных видов сточных вод. Классификация основных источников наиболее существенных стоков представлена на рисунке 2.9.

Рисунок 2.9 - Классификация стоков

Показанные на рисунке стоки могут содержать соединения металлов, присутствующие в технологических процессах, и оказывать существенное воздействие на окружающую среду. Даже в незначительных концентрациях некоторые металлы, такие как ртуть или кадмий, очень токсичны. Токсическое воздействие некоторых соединений металлов обусловлено тем, что в определенных химических условиях металлы могут легко поступать в природные водотоки в виде растворимых соединений, быстро и необратимо ассимилируясь в пищевую цепь [46].

2.7.1.1 Стоки, образующиеся при очистке отходящих газов

Оборудование для мокрой очистки выбросов постепенно замещается методами сухой очистки. Преимущества сухих методов газоочистки, таких как рукавные фильтры, заключаются в том, что отсутствует необходимость очистки шламов и сточных вод, а улавливаемая пыль часто может непосредственно возвращаться в основной процесс.

В определенных случаях без использования методов мокрой очистки воздуха, например мокрых скрубберов или мокрых электрофильтров, обойтись невозможно. В частности, они применяются, когда не подходят другие системы очистки и существует риск взрыва или возгорания от воспламеняющихся частиц, и когда газообразные вещества (например, диоксид или триоксид серы), а также твердые частицы необходимо удалить из потока отходящих газов. Мокрые электрофильтры необходимо использовать, когда нужно очищать влажные насыщенные газы с высоким содержанием пыли. Например, во время производства первичного цинка и меди с помощью скруббера и мокрого электрофильтра улавливаются отходящие технологические газы, содержащие пыль и диоксид серы. Мокрые электрофильтры также применяются для сбора смоляного тумана из отходящих газов печи для нагрева электродов. В мокрых скрубберах ускорение и замедление потока газа и атомизированная смачивающая жидкость образуют вихревое движение, вовлекающее газы, пыль и капли жидкости. Частицы пыли очень быстро намокают, и происходит ускорение химических реакций. Далее в коллекторе происходит удаление из газового потока капель жидкости и смоченной пыли. После этого могут быть извлечены для дальнейшей обработки загрязненные жидкие стоки. Если промывочная жидкость не насыщена растворимыми компонентами, то извлечение взвешенных твердых частиц в сгустителе позволяет повторно использовать промывочную воду. Однако, в некоторых случаях необходимо осаждение растворимых элементов для того, чтобы промывочную жидкость можно было использовать повторно.

Обычно стоки требуют дальнейшей обработки, например нейтрализации и (или) осаждения твердых частиц для их выделения из жидкости.

Слабая кислота, образующаяся в мокром электрофильтре, может перерабатываться следующими способами:

- путем концентрации и последующего разложения в плавильной печи, когда SO можно извлечь с помощью сернокислотной установки;

- обработанная жидкость обычно может подаваться в систему мокрой очистки, но для контроля состава жидкости должна быть возможность отбора проб;

- слабую кислоту, полученную в результате таких процессов, можно использовать повторно в других процессах.

Было отмечено, что в некоторых случаях технологические стоки из системы мокрой очистки плавильной печи содержат цианиды, образующиеся в результате реакции углерода с атмосферным азотом. Содержание цианидов можно снизить, используя стоки со скруббера для грануляции шлака, что приводит к выпариванию и окислению большей части цианидов.

2.7.1.2 Стоки, образующиеся при грануляции штейна или шлака, при производстве металлического гранулята и при разделении материалов по плотности

При производстве цветных металлов, штейн, шлак и полученный металл сливаются из печи. Материалы могут гранулироваться по отдельности за счет воздействия на них с помощью водяной струи высокого давления или применения иных систем охлаждения с целью образования одноразмерных частиц. Гранулированный металл впоследствии продается в виде металлических гранул. Гранулированный шлак можно использовать в других целях, а гранулированный штейн может применяться на этапе конвертирования. Типичная схема процесса гранулирования представлена на рисунке 2.10.

Рисунок 2.10 - Грануляция расплавленного металла (шлака) [47]

Стоки, образующиеся на этапе гранулирования, обычно используют в замкнутом цикле водооборота (см. рисунок 2.11). Для предотвращения накапливания взвешенных твердых веществ и соединений металлов из системы замкнутого водооборота необходимо постоянно удалять их осадки.

Рисунок 2.11 - Замкнутый цикл водооборота

Для разделения металлов и соединений легких загрязняющих веществ, например для удаления пластика, образующегося после измельчения лома, также используется метод разделения по плотности ("осаждение - всплытие"). Возникающие стоки обычно обрабатываются, и всплывшие вещества удаляются. Для предотвращения накапливания взвешенных твердых веществ и соединений металлов из системы замкнутого водооборота необходимо постоянно удалять их осадки.

Осадки или стоки обычно направляются на центральные водоочистные сооружения.

2.7.1.3 Охлаждающая вода

Как правило, на металлургических предприятиях для охлаждения отдельных узлов агрегатов широко используется охлаждающая вода. Она делится на бесконтактную и контактную охлаждающую воду.

Бесконтактная охлаждающая вода применяется для охлаждения печей, аспирационных зонтов печей, разливочных машин и т.д. В зависимости от размещения завода охлаждение может проводиться с помощью прямоточной системы или системы водооборота с градирнями. Вода из прямоточной системы охлаждения обычно поступает назад в природный источник, например в реку или пруд, из которых эта вода забиралась. В этом случае необходимо учитывать возможность повышенной температуры воды перед тем, как она сбрасывается в природный источник. Бесконтактная охлаждающая вода может также циркулировать в системе замкнутого водооборота, проходя через градирни.

Контактное охлаждение используется, например, во время литья или проката горячей заготовки. Использованная для прямого охлаждения вода обычно загрязнена металлами и взвешенными твердыми веществами, причем нередко она образуется в больших объемах. Из-за специфического состава и для того, чтобы избежать разбавления, охлаждающую воду прямого контакта очищают отдельно от других стоков.

Количество выделяемой теплоты и максимальные температуры на сбросе зависят от местных климатических условий. В частности, в каждом конкретном случае необходимо учитывать воздействие на водную среду. При необходимости проектируют специальные технологические системы охлаждения. В этом случае могут применяться следующие методы:

- водный теплообмен (поверхностные воды и т.п.);

- воздушный теплообмен;

- градирни-испарители.

В целях минимизации воздействия охлаждения на окружающую среду в целом рекомендуется использовать справочник НДТ для промышленных систем охлаждения.

2.7.1.4 Поверхностные стоки

Поверхностные/ливневые стоки образуются при загрязнении осадков, попадающих на крыши зданий и площадки с твердым покрытием. Загрязнение осадков происходит, например, при смыве содержащей металлы пыли с открытых складов или нефтепродуктов и других загрязняющих веществ с территории объекта в дренажную систему. Загрязнение поверхностных вод можно предотвратить или минимизировать с помощью передовых практик хранения сырья, а также регулярного техобслуживания и уборки всей производственной территории.

Поверхностные/ливневые стоки можно собирать отдельно. После отстаивания или химической очистки их можно использовать в производственных целях, например в качестве охлаждающей воды или при поливе открытой территории для предотвращения образования пыли.

2.7.1.5 Стоки, образующиеся при реализации гидрометаллургических процессов

Основные стоки, образующиеся при гидрометаллургическом производстве цветных металлов, перечислены в таблице 2.8.

Таблица 2.8 - Потенциальные источники стоков, образующихся при гидрометаллургическом производстве цветных металлов

Процесс

Операция/источник

Применение

Очистка газов из печи обжига

Мокрая очистка газов из печи обжига

Водоочистные сооружения, предусматривающие этапы осаждения, иногда с удалением металлов в ионообменниках

Выщелачивание

Общие операции, включая мокрую газоочистку

Возврат в процесс выщелачивания

Очистка

Общие операции

Возврат в процесс выщелачивания или на следующий этап обработки

Электролиз

Чистка ванн, анодов и катодов.

Отработанный электролит.

Утечки электролита

Возврат в процесс выщелачивания.

Возврат в процесс электролиза после очистки.

Гидрометаллургический процесс обычно начинается с этапа выщелачивания. Во время выщелачивания желаемый металл и прочие элементы освобождаются от минералов и поступают в раствор.

Ниже перечислены типичные реагенты, используемые при выщелачивании и в других реакциях [48]:

- вода для водорастворимых соединений (медного купороса);

- серная, соляная и азотная кислоты или гидроксид натрия для оксидов металлов;

- комплексообразователи, например цианид (золото, серебро) или аммиак (медно-никелевые руды);

- выделение металлов или их соединений из руд с помощью соответствующего газа или путем окисления, например диоксида марганца - с помощью диоксида серы, а никелевого штейна - с помощью хлора;

- кислотно-основные реакции, например восстановление вольфрам комплекса из вольфрама при высоком значении рН.

Чтобы повысить содержание получаемого металла в выщелачивающем растворе можно использовать некоторые гидрометаллургические методы очистки и обогащения. Получаемый металл извлекают из очищенного раствора с помощью различных методов, таких как цементация, восстановление газами, селективное осаждение, ионный обмен, экстракция растворителем, кристаллизация, выпарка или электролиз. Для поддержания правильного баланса в рамках некоторых из вышеперечисленных процессов, как правило, возникает необходимость в постоянном удалении части раствора.

Как было продемонстрировано рядом предприятий цветной металлургии, стоки, образующиеся в виде отработанных растворов, могут возвращаться в процесс выщелачивания в зависимости от присутствующих загрязняющих веществ. Отработанные растворы также могут возвращаться в процесс электролиза после удаления загрязняющих веществ или малоценных элементов.

2.7.1.6 Прочие технологические стоки

В отрасли существуют и иные источники загрязненных стоков. Наиболее важным из них при производстве меди является слабая серная кислота с сернокислотных установок.

В целом используемые методы подразумевают возврат соответствующих растворов в процесс либо использование свойства повышенной кислотности в других процессах.

Травление также является источником технологических стоков; приведенные ниже два примера показывают, как можно использовать бескислотное травление и минимизировать воздействие кислотного травления.

Процессы бескислотного и кислотного травления медной катанки рассматриваются выше в подпунктах 2.4.6.1 и 2.4.6.2.

2.7.1.7 Прочие источники

На предприятиях цветной металлургии существует множество других источников образования сточных вод. Например, стоки с моек для колес автотранспорта, перевозящего сырье; уплотняющая вода из насосов, а также стоки, связанные с общими видами деятельности, включая чистку оборудования, мытье полов и т.п. Такие стоки обычно собирают и подвергают очистке. Санитарные стоки обычно сбрасываются в общую систему хозяйственно-бытовой канализации.

     2.7.2 Применяемые процессы и методы

Комплексные меры и методы очистки сточных вод, включая методы, интегрированные в производственные процессы, описываются в приложении Б (раздел Б.5).

     2.8 Обращение с отходами/остаточными продуктами

Производство цветных металлов из первичного и вторичного сырья связано с возможностью образования широкого ассортимента побочных продуктов, промежуточных продуктов и отходов. Основная цель всегда должна состоять в минимизации образования отходов путем оптимизации процесса и максимальной переработки остаточных продуктов и отходов при условии отсутствия негативных межсредовых эффектов. Остаточные продукты образуются на разных этапах производственного процесса, как при выполнении металлургических операций и плавки металлов, так и при очистке отходящих газов и сточных вод [49]. От состава и количественного содержания элементов в остаточном продукте зависит возможность его вторичной переработки; например, анодный шлам является ценным сырьем для извлечения драгоценных металлов. Такие возможности всегда необходимо учитывать, принимая решение о конечной утилизации остаточного продукта в составе отходов.

Согласно действующему законодательству большинство таких остаточных продуктов относится к отходам. Однако в цветной металлургии в течение десятилетий разнообразные остаточные продукты используются в качестве сырья для других процессов, и существуют металлургические предприятия, чья деятельность направлена на повышение извлекаемости металлов и снижение количества отходов, направляемых на конечную утилизацию. Также хорошо известно, что металлургия демонстрирует один из самых высоких по сравнению с другими отраслями показателей вторичной переработки: большая часть материалов, перечисленных выше, повторно перерабатывается или повторно используется как в самой цветной металлургии, так и в других отраслях промышленности, например при производстве цемента, абразивов и в строительстве. Это не связано с намерениями избавиться от них. Вторичные применения возникают в результате отделения металлов, что необходимо для их восстановления и производства чистых металлов из комплексных источников сырья. Такой подход позволяет минимизировать межсредовые эффекты. Тем не менее проблема остаточных продуктов, образующихся на производственных объектах, и поиск применений для таких продуктов, будет играть важную роль и в будущем при выдаче соответствующих разрешений, поэтому поиск новых методов лежит, прежде всего, именно в этой области.

Таким образом, одно и то же вещество может считаться как отходом, так и вторичным сырьем в зависимости от особенностей его производства, транспортировки, а также использования или извлечения.

Краткое описание наиболее распространенных применяемых процессов и технологий представлено в следующих подразделах.

     2.8.1 Процессы и методы, применяемые при обращении с остаточными продуктами, образующимися при выплавке металлов

Основными остаточными продуктами, образующимися при плавке цветных металлов, являются шлаки, окалина и съемы, удаляемые в ходе пирометаллургических процессов. Шлак образуется в результате реакции шлакообразующих сопутствующих элементов (например, железо) с добавляемыми флюсами. При температурах плавки шлак жидкий, его плотность отличается от плотности расплава металла, и его легко слить отдельно.

Большая часть шлака, образующегося на последующих этапах или при рафинировании цветных металлов, обычно может быть переработана вторично или использована для последующего извлечения металла. На рисунке 2.12 представлена схема процесса очистки медного шлака в электродуговой печи с целью внутренней вторичной переработки шлака. В данном примере расплавленный шлак с высоким содержанием меди из конвертера направляют на повторную плавку. После плавки шлак обезмеживают в электропечи для очистки шлака. Печь работает в непрерывном режиме с практически непрерывным сливом шлака. В зависимости от оборудования полученный очищенный шлак подвергают грануляции для производства абразива или медленному охлаждению с последующим дроблением для производства заполнителя или строительных материалов.

Рисунок 2.12 - Переработка медного шлака в электродуговой печи

Существует различие между шлаком с высоким содержанием металла, который возвращается на повторную переработку в данном процессе или направляется на другой процесс или на другое производство для извлечения металла, и отвальным шлаком с низким содержанием металла.

Некоторые предприятия цветной металлургии демонстрируют наличие рынка, на котором можно продать шлак для последующего выгодного использования. Применение шлака в качестве строительного материала вместо заполнителя возможно, только если величина извлекаемых соединений металлов низкая. Шлак, который нельзя применять в качестве абразива или в гражданском строительстве, направляют на переработку или применяют в качестве строительного материала для специальных случаев (например, строительство участков для утилизации), или направляют на утилизацию.

Дроссы и пенистый шлак образуются в результате окисления металлов на поверхности ванны или в результате реакции с огнеупорами футеровки печи. Содержание металла в пенистом шлаке/дроссе сравнительно высокое (20%-80%), таким образом, эти материалы обычно возвращают на вторичную переработку в процесс или поставляют на другие металлургические заводы цветной металлургии для восстановления металла.

Еще один источник остатков - отработанная футеровка и огнеупоры. Они образуются при попадании огнеупорного материала из футеровки печи или при полной смене футеровки печи. Срок службы футеровки печи - от нескольких недель до нескольких лет в зависимости от процесса и материала (например, у футеровки печи взвешенной плавки Outotec, используемой для плавки первичной меди, срок службы составляет 6-10 лет). Величина отработанной футеровки печи может составлять до 5 кг/т произведенного металла в зависимости от расплава [49]. Для переработки печной футеровки могут применяться следующие методики: переработка на металлургическом заводе с получением инертного шлака, например футеровка с процесса плавки латуни направляется непосредственно на местный медеплавильный завод вторичной переработки; использование в заделочной массе; утилизация инертной футеровки.

В этом смысле, переработка означает, что остатки возвращаются в процесс, в котором они образовались. Вторичное использование означает, что остаток применяется для других целей, например, шлак применяется в строительстве.

     2.8.2 Процессы и методы, применяемые при обращении с остаточными продуктами, образующимися при работе газоочистного оборудования

Еще одним крупным источником образования твердых материалов являются системы очистки. К этим материалам относятся колошниковая пыль и шламы, образующиеся в воздухоочистном оборудовании, а также другие твердые отходы, такие как использованный фильтрующий материал рукавных фильтров.

Пыль с участков хранения и подготовки или линий предварительной переработки сырья улавливается с помощью систем пылеочистки (обычно рукавных фильтров) и возвращается в основной процесс или передается на другой плавильный завод. В некоторых случаях перед отправкой на участки хранения и подготовки сырья пыль окатывают или брикетируют.

Отходящие газы металлургического и рафинировочного производства, содержащие пыль, можно очищать с помощью различных методов (см. Б.4 приложения Б настоящего справочника НДТ). Материал, собираемый в виде пыли при очистке отходящих газов, можно окатывать или брикетировать и направлять обратно на плавку или поставлять как сырье для извлечения металлов на другие заводы. Пример - богатая цинком пыль из конвертера или электродуговой печи для первичной плавки меди, которая является побочным продуктом и используется в качестве сырья на цинковых металлургических заводах [19].

Шлам из скрубберов, содержащий металл, обычно обезвоживают, например, в фильтр-прессе и направляют на переплавку.

При сухой очистке отходящих газов материал фильтров периодически меняют. В фильтрующей ткани содержатся соединения металлов и частицы материалов из процесса. Известен целый ряд примеров использования фильтрующей ткани в пирометаллургическом процессе.

Количество использованных фильтрующих рукавов может быть уменьшено путем применения более надежного современного фильтрующего материала. Рукавные фильтры относятся к технологиям очистки, которые не требует трудоемкого техобслуживания. При повреждении рукава соответствующий участок фильтра изолируют дефлекторами на время проведения ремонта. Полная замена фильтра происходит при 10%-20% неисправных секций фильтров.

Заменить материал в рукавных фильтрах на современные надежные материалы не составляет труда, однако в каждом конкретном случае следует учитывать технические требования и соответствующие инвестиционные затраты. В случае замены или обновления фильтрующей системы изменение нормативного срока эксплуатации и повышение работоспособности фильтрующих секций позволяет уменьшить их количество. Если это ведет к увеличению затрат на монтаж, то дополнительные расходы обычно компенсируются уменьшением количества рукавов фильтра.

     2.8.3 Процессы и методы, применяемые при обращении с остаточными продуктами, образующимися при очистке стоков

Пирометаллургические процессы производства цветных металлов обычно не образуют загрязненных стоков. Вода применяется для прямого или непрямого охлаждения печей, продувочных фурм и литейных машин, например для литья медных анодов или непрерывного литья. Эта вода нагревается при охлаждении оборудования, но обычно не содержит химических примесей или соединений металлов. Поэтому охлаждающая вода после осаждения или иной элементарной операции очистки обычно сбрасывается обратно непосредственно в водные объекты. Извлекаемые твердые вещества возвращаются на плавку.

При применении для очистки отходящих газов мокрого скруббера образуются загрязненные стоки. Эти стоки подлежит очистке для снижения содержания в них соединений металлов. В результате такой очистки получается шлам, который может содержать металлы в значительной концентрации и иногда может перерабатываться, если значения концентрации достаточно высоки.

При гидрометаллургическом производстве образуются технологические стоки, представляющие значительный риск загрязнения водных объектов. Поэтому их необходимо обрабатывать на водоочистных сооружениях. Очистка таких стоков предусматривает нейтрализацию или осаждение отдельных ионов. Основными остаточными продуктами в таких системах водоочистки являются гипс (СаSO), гидроксиды металлов и сульфиды. Образующийся шлам иногда направляется на переработку обратно в основной процесс.

     2.8.4 Процессы и методы, применяемые при обращении с остаточными продуктами, образующимися при реализации гидрометаллургических процессов получения цветных металлов

Еще одним значительным источником твердых остаточных продуктов являются гидрометаллургические процессы получения цветных металлов. В процессе выщелачивания образуются значительные объемы шлама. Эти отходы обычно размещают в специальных герметизированных или подземных (например, образующихся в результате взрыва) хвостохранилищах. Некоторые отходы также перед утилизацией уплотняют или перерабатывают с применением технологии Jarofix.

В процессах выщелачивания, очистки и электролиза также образуются богатые металлом твердые остаточные продукты. Они часто содержат значительные объемы определенного металла, и их либо возвращают в основной процесс, либо направляют для извлечения этого металла на другие заводы отрасли (например, для получения драгоценных металлов, свинца, меди и кадмия). Так, анодный шлам, образующийся в цехах электролиза меди, считается одним из наиболее ценных видов сырья для извлечения драгоценных металлов и, соответственно, ценным побочным продуктом производства меди.

     2.8.5 Процессы и методы, применяемые при обращении с другими остаточными продуктами, образующимися при производстве цветных металлов

Побочные продукты основного процесса должны там, где это целесообразно, использоваться для извлечения ценных компонентов или направляться на соответствующую безопасную утилизацию.

В любом промышленном оборудовании используют масла в качестве смазки. Регулярное техобслуживание, ремонт и предупредительный ремонт позволяют снизить потери масла в результате утечек и увеличить интервалы между заменой масла. Потребление масла можно снизить с помощью его фильтрации, что позволяет продлить срок использования. Например, могут быть установлены перепускные фильтры для непрерывной очистки небольшого количества используемого масла. Эти меры обеспечивают увеличение срока службы практически в 10 раз в зависимости от конкретной системы фильтрации. Если осуществляется отдельный сбор использованных масляных фильтров, их можно измельчать в шредере. Металлические компоненты можно использовать при плавке в качестве вторичного сырья, а масло можно отделить в центрифуге и затем направить на установку рафинирования отработанного масла (в некоторых странах, например в Италии, отработанные масла обязательно должны сдаваться специализированной организации).

В некоторых случаях, эти отходы масла можно использовать в качестве источника энергии на самой площадке.

     2.8.6 Примеры вторичной переработки и повторного использования

Как уже было показано выше в подразделе 2.8, существуют различные варианты вторичной переработки и повторного использования остаточных продуктов, образующихся при производстве цветных металлов, которые применительно к производству меди кратко представлены в таблице 2.9.

Таблица 2.9 - Остаточные продукты и отходы, образующиеся при производстве меди, и возможные направления обращения с ними

Источник остаточных продуктов

Промежуточный или остаточный продукт

Варианты переработки или вторичного использования

Обращение сырья и т.п.

Пыли, сметы

Шихта для основных процессов

Плавильная печь

Шлак, пыли, сметы

Возврат на плавку; строительный материал; производство абразивов

Конвертер

Повторное использование в печи

Рафинировочные печи

Переработка шлака

Очищенный шлак, пыли

Строительный материал, абразивы, заполнитель для дренажа, фильтр при производстве цемента

Штейн

Извлечение металла

Анодная печь

Поверхностный шлак/дросс

Возврат в процесс после очистки

Шлак

Извлечение металла

Электрорафинирование

Отработанный электролит

Извлечение металла или переработка/утилизация

Отработанные аноды

Возврат в анодную печь

Анодный шлам

Извлечение драгоценных металлов

Выщелачивание

Остаточные продукты

Утилизация

Сернокислотная установка

Катализатор

Восстановление, переработка или удаление

Кислые шламы

Извлечение металла, утилизация

Слабая кислота

Выщелачивание, разложение, нейтрализация, производство гипса

Футеровка печи

Огнеупоры

Использование в качестве шлакообразующего агента, утилизация; повторное использование в качестве огнеупора

Травление

Отработанная кислота

Восстановление

Системы сухой очистки (рукавные или электрические фильтры)

Отфильтрованная пыль

Возврат в процесс; извлечение прочих металлов

Системы мокрой очистки (скрубберы или электрические фильтры)

Фильтровальный шлам

Возврат в процесс или извлечение металлов; утилизация (например, ртути)

Шлам от очистки сточных вод

Гидроксидные или сульфидные шламы

Утилизация, вторичное использование

     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 очистки 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

1040000

Медные катоды

366000

Медный лом

65000

Медные соли

НД

Измельченный электронный лом

3600

Сульфат никеля

НД

Промежуточные продукты для внешнего потребления

56000

Драгоценные металлы

960

Очищенный свинец

17000

Серная кислота

1018000

Шлаки

690000

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 может выбрасываться пыль, металлические соединения, 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.)

+СО

НП

Ковшовая транспортировка

***

НП

НП

*

Электролиз

НП

НП

НП

НП

Переработка шлака

**

НП

* СО

(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.

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 Моноксид 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 5000 мг/нм, в отходящих газах может увеличиться. Для минимизации содержания СО и поддержания качества продукции могут также использоваться системы контроля горелок. Можно установить систему сигнализации в зависимости от уровня СО. Стандартный уровень СО при плавке в шахтной печи во время производства катанки или заготовок составляет от 2000 до 11000 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 СО и использовать эти данные при определении влияния угарного газа на качество окружающего воздуха, так что необходимость дальнейшего снижения концентрации может оцениваться локально. Устранение СО методом сжигания печных газов с таким же уровнем содержания СО потребует дополнительного топлива, таким образом, выбросы СО 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 СО можно использовать дожигание при стандартных концентрациях в диапазоне от 10 до 200 мг/нм. 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, а 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 SO. Газы, образующиеся при конвертировании штейна, имеют большую концентрацию SO, 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

Рb %

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*

________________

* Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

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/нм [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. Существует 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. При использовании конвертеров с дозированной подачей материала, таких как конвертеры Пирса-Смита или аналогичные им, существует две возможных проблемы. Во-первых, улавливание газа недостаточно эффективно по тем же причинам, которые упомянуты выше. 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 SO 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/нм в зависимости от печи и типа технологической операции. Применение высокоэффективных технологий (например, Contimelt) требует установления баланса между использованием энергии и достигнутым значением NO.

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

Сu

Рb

As

г на т произведенного металла

Первичная Сu

130-800

6000-18000

25-130

5-45

2-27

Вторичная Сu

100-1000

500-3500

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:

СО

Пыль

РМ

РМ

NO

SO

СО

СО

HCI

HF

Рb

Zn

Сu

O

Sn

V

As

Hg

Ni

Cd

Орга-
нич. С

ПХДД/Ф

Единица измерения:

мг/нм

%

мг/нм

°С

мг/нм

нг

МЭТ/м

Шахтная печь

<0,1

0,5

0,53

0,39

45

0,2 г/нм

<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.

________________

* Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

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

м

80000-150000

80000-150000

Содержание пыли

мг/м

10000-30000

10000-30000

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/м

1-5

-*

200-500**

NO(в виде NO)

20-30

Температура отходящего газа на выходе из трубы

°С

80-90

* Отходящие газы с конвертера переработки штейна направляются на сернокислотную установку.

** Непрерывный мониторинг: среднесуточное значение <500 мг/м; максимальное получасовое среднее значение <1500 мг/м.

3.2.3.7 Фактические уровни выбросов загрязняющих веществ на российских предприятиях

Фактические уровни выбросов загрязняющих веществ, описанных в подпунктах 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: SiO до 20%

0,098

Доломитовые фильтры

99,0

Пыль неорганическая: SiO >70%

0,001

Циклон

97,8

Мышьяк и его соединения (в пересчете на As)

0,001

Пылеуловитель

Рукавный фильтр

98,7

99,4

Кадмий и его соединения (в пересчете на Cd)

0,000

Медь и ее соединения (в пересчете на Сu)

0,007

Свинец и его соединения (в пересчете на Рb)

0,002

Другие металлы (значимые): диЖелеза триоксид (Железа оксид) (в пересчете на Fe)

0,021

Цинк оксид (в пересчете на Zn)

0,004

диАлюминий триоксид (в пересчете на AI)

0,002

Ртуть и ее соединения (в пересчете на Нg)

мониторинг не ведется

SO

0,002

NO (в пересчете на NO)

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: SiO до 20%

1,80

2,61

2

Мышьяк, неорганические соединения (в пересчете на As)

0,02

0,06

2

Кадмий оксид (в пересчете на Сd)

0,0005

0,0040

2

Меди оксид (в пересчете на Сu)

0,14

0,56

3

Свинец и его неорганические соединения (в пересчете на Рb)

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 Аl)

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 HSO)

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 пылегазо-
очистного оборудования

Удельная масса выбросов загрязняющих веществ после очистки*, кг/т анодной меди

Наименование используемого пылегазо-
очистного оборудования

Удельная масса выбросов загрязняющих веществ после очистки*, кг/т анодной меди

Наименование используемого пылегазо-
очистного оборудования

Пыль неорганическая до 20% SiO

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 Сu)

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 HSO)

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 Си)

0,0108

Цех электролиза меди (основная технология)

-

-

Никеля оксид (в пересчете на Ni)

0,0014

Кислота серная по молекуле HSO

0,0535

Меди оксид (в пересчете на Си)

0,0006

Цех электролиза меди (безосновная технология)

Скруббер

95%

Никеля оксид (в пересчете на Ni)

0,0003

Кислота серная (по молекуле HSO)

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 м/день, в то время как для подобных установок, не оснащенных замкнутым водооборотным циклом, эта цифра составляет более 100000 м/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

Сu

Рb

As

Ni

Cd

Zn

Технологическая вода

2000

500

10000

1000

500

1000

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, м/год

Основные компоненты, мг/л

Сu

Рb

As

Ni

Cd

Zn

Технологическая вода

180000

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

700000

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

11300000

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)

65000000

в отчетах отсутствуют

Примечание - В таблице представлены данные по плавильному комплексу/комплексу рафинирования первичной/вторичной меди, расположенному на реке вблизи моря с объемом производства 370000 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

Сu

Рb

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

Сu

11

Ni

3

Zn

25

Pb

1

Сr

1

As

0,01

Cd

0,01

Hg

0,01

Sn

1

Общий объем водоотведения - 35000 м/год

В таблицах 3.16-3.18 приведены средние концентрации загрязняющих веществ в сбросах сточных вод российских предприятий в сопоставлении с технологическими показателями для НДТ, приведенных в справочнике ЕС.

Таблица 3.16 - Предприятие А

Наименова-
ние загрязня-
ющего вещества

Норматив ЕС, мг/л

Средняя концентрация загрязняющего вещества в стоках после очистки*, мг/л

Источник сброса

Наименование используемой технологии очистки

Проектная эффектив-
ность очистки

Вторичное исполь-
зование стоков

As

0,1

0,01

Слив с прудка-
отстойника станции нейтрализации обогатительной фабрики

Нейтрализация и физико-
химическая очистка стоков от тяжелых металлов

нет данных

-

Cd

0,02-0,1

Мониторинг не ведется

Сu

0,05-0,5

0,02

Hg

0,005-0,02

Мониторинг не ведется

Ni

0,5

Мониторинг не ведется

Pb

0,5

Мониторинг не ведется

Zn

1

0,06

Fe

не нормируетcя

0,10

SO

493,4

хлориды

111,2

взвешенные вещества

12,6

As

0,1

0,01

Дренаж дамбы хвостохранилища обогатительной фабрики

отсутствует

нет данных

-

Cd

0,02-0,1

0,02

Сu

0,05-0,5

0,45

Hg

0,005-0,02

Мониторинг не ведется

Ni

0,5

0,02

Pb

0,5

0,01

Zn

1

0,34

Fe

не нормируетcя

0,43

SO

490,9

хлориды

37,19

взвешенные вещества

16,12

* расчетное среднегодовое значение на базе объема сброса сточных вод и массы сбросов загрязняющих веществ

Таблица 3.17 - Предприятие Б

Наиме-
нование загряз-
няющего вещества

Норматив ЕС, мг/л

Средняя концентрация загрязняющего вещества в стоках после очистки*, мг/л

Источник сброса

Наиме-
нование исполь-
зуемой технологии очистки

Проектная эффектив-
ность очистки

Вторичное использо-
вание стоков

As

0,1

0,03

Малосернистое хвостохранилище обогатительной фабрики

-

-

Технологические нужды обогатительной фабрики

Cd

0,02-0,1

нет данных

Сu

0,05-0,5

0,02

Hg

0,005-0,02

нет данных

Ni

0,5

нет данных

Pb

0,5

нет данных

Zn

1

0,05

Fe

не нормируется

0,17

SO

505,38

pH

7,8 ед.

F

1,14

нефтепродукты

0,01

взвешенные вещества

6,47

Механическая очистка

63%

* расчетное среднегодовое значение на базе объема сброса сточных вод и массы сбросов загрязняющих веществ

Таблица 3.18 - Предприятие В

Наимено-
вание загрязняю-
щего вещества

Норматив ЕС, мг/л

Средняя концентра-
ция загрязняю-
щего вещества в стоках после очистки*, мг/л

Источник сброса

Наимено-
вание исполь-
зуемой технологии очистки

Проектная эффектив-
ность очистки

Вторичное использование стоков

As

0,1

0,04

Гидрометал-
лургическое отделение химико-
металлургического цеха

Физико-
химический метод очистки продувочных вод оборотных систем энергоцеха, ливневой воды и промрастворов цехов от цветных металлов и мышьяка

до 95%

Использование очищенных стоков для подпитки водооборотных систем предприятия

Cd

0,02-0,1

Мониторинг не ведется

Сu

0,05-0,5

0,15

Hg

0,005-0,02

Мониторинг не ведется

Ni

0,5

0,08

Pb

0,5

Мониторинг не ведется

Zn

1

0,04

Fe

не нормируется

0,16

SO

102,67

-

pH

7,4-8,5

взвешенные вещества

3,7

хлориды

72,05

* Расчетное среднегодовое значение на базе объема сброса сточных вод и массы сбросов загрязняющих веществ.

     3.2.5 Побочные продукты, технологические остатки и отходы производства

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 3.19).

Таблица 3.19

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 3.20.

Таблица 3.20 - 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 3.21 и 3.22 приведена краткая характеристика источников образования некоторых остаточных продуктов и способов их последующего использования.

Таблица 3.21 - 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 SO

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 3.22 - 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 (460000 т анодов в год)

Печь взвешенной плавки

Пыль

100000

Внутреннее использование в печи взвешенной плавки

Шлак

700000

Дальнейшая обработка в электрической печи

Электрическая печь (очистка шлака)

Пыль

400

Внешнее использование при производстве цинка/свинца

Шлак

700000

Внешнее использование в качестве строительного материала

Конвертер меди

Пыль

4000

Внутренняя переработка в печи взвешенной плавки или в электрической печи (вторичное производство)

Шлак

160000

Внутреннее использование в печи взвешенной плавки

Анодная печь

Пыль

200

Внутреннее использование в печи взвешенной плавки

Шлак

20000

Внутреннее использование в конвертере меди

Электролиз

Анодный шлам (мокрый)

3000

Для извлечения драгоценных металлов, а также Se, Те, Рb

Сернокислотная установка

Серная кислота

1000000

Побочный продукт для продажи

Конечный раствор

70000

Внутреннее использование на химической установке при производстве сульфата никеля, AsO

Вторичная плавка и электролиз

Очистка отходящих газов электрической печи

Пыль

10000

Побочный продукт на продажу для извлечения цинка

Шлак

60000

Внешнее использование в качестве строительного материала

Конвертер

Пыль

400

Внутреннее использование в электрической печи

Шлак

15000

Внутреннее использование в электрической печи

Технология Соntilmelt

Пыль

1000

Внутреннее использование в печи взвешенной плавки/электрической печи

Шлак

2000

Внутреннее использование в конвертере меди

Конвертер скрапа/завод TLA*

Пыль

1000

Дальнейшая обработка на установке TLA

Шлак

2000

Внутреннее использование в электрической печи

Установка очистки технической воды

Шлам

2000

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 3.23-3.26 [данные предприятий].

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

Наименование вида отхода

Класс опасности

Удельная масса образова-
ния отходов, т/т черновой меди

Наименование способа утилизации (вторичного использования) отхода или обезвреживания

Удельная масса утилизирован-
ных (вторично использованных) отходов, т/т черновой меди

Отходы газоочистки в производстве черновой меди (пыли после электрофильтров печей и рукавных фильтров)

3

0,06

1. Вторичное использование (приготовление шихты для печей)

2. Отправка по договору сторонней организации

нет данных

Отходы газоочистки в производстве черновой меди (пыли грубой очистки конвертерных газов)

3

0,02

Вторичное использование (приготовление шихты для печей)

0,02

Отходы газоочистки в производстве черновой меди (пыли тонкой очистки конвертерных газов)

3

0,02

1. Вторичное использование (приготовление шихты для печей)

2. Отправка по договору сторонней организации

нет данных

Шлаки производства меди

4

3,80

Вторичное использование в качестве сырьевого материала для производства медного концентрата

3,80*

Шлаки производства меди

4

-

Переработка старолежалых шлаков в качестве сырьевого материала для производства медного концентрата

3,30

Таблица 3.24 - Образование и использование промежуточных продуктов и отходов производства на российских предприятиях. Предприятие Б

Наименование вида отхода

Класс опас-
ности

Удельная масса образова-
ния отходов, т/т черновой меди

Наименование способа утилизации (вторичного использования) отхода или обезвреживания

Удельная масса утилизирован-
ных (вторично использованных) отходов, т/т черновой меди

Отходы производства меди (кек безмышьяковистый производства меди)

3

0,01

Вторичное использование отходов

0,01

Отходы производства меди (пыль с печи)

3

0,05

Вторичное использование отходов

0,05

Отходы производства меди (пыль конвертерной плавки)

3

0,12

Вторичное использование отходов

0,12

Шлаки производства меди (шлак конвертерный)

4

1,02

Использование отходов

1,02

Шлаки производства меди (шлак с печи)

4

2,57

Использование отходов

2,57

Шлаки производства меди (шлак медьсодержащий)

3

-

Использование отходов поступивших от других организаций

0,07

Таблица 3.25 - Образование и использование промежуточных продуктов и отходов производства на российских предприятиях. Предприятие В

Наименование вида отхода

Класс опаc-
ности

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

3

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)

3

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)

4

7,08

-

нет данных

Таблица 3.26 - Образование и использование промежуточных продуктов и отходов производства на российских предприятиях. Предприятие Г

Наименование вида отхода

Класс опас-
ности

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)

3

0,02

Брикетирование и переработка в шахтных печах

0,02

Пыль газоочистки обжигового и плавильного переделов производства черновой меди, содержащая цветные металлы

3

0,70

0,69

Шлаки производства меди

3

6,66

Переработка в шахтных печах и конвертерах

2,19

Отходы (хвосты) обогащения медных руд практически неопасные

5

6,47

-

-

Отходы производства меди (хвосты и отходы от переработки металлургических шлаков)

5

0,18

-

-

Отходы очистки прочих производственных сточных вод, не содержащих специфические загрязнители, на локальных очистных сооружениях (Шлам отстойников после нейтрализации сточных вод)

5

0,01

-

-

     Раздел 4. Определение наилучших доступных технологий

Термин "наилучшие доступные технологии" определен в Федеральном законе "Об охране окружающей среды" N 7-ФЗ [59].

Под "технологией" понимается как используемая технология, так и способ, с помощью которого объект спроектирован, построен, эксплуатируется и выводится из эксплуатации; это не только технология производства, но и различные технические и нетехнические методы (экологический менеджмент, управленческие решения) повышения экологической результативности.

Под "доступной" понимается экономически целесообразная и неуникальная технология, которая достигла уровня, позволяющего обеспечить ее внедрение в медной промышленности с учетом экономической и технической обоснованности, принимая во внимание затраты и преимущества; при этом технология должна быть реализована хотя бы на двух предприятиях отрасли.

Под "наилучшей" понимается технология, в максимальной мере обеспечивающая охрану окружающей среды и сбережение ресурсов (сырья, воды, энергии).

Порядок определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии определен постановлением Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 года N 1458 "О порядке определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям", на основании которого Министерство промышленности и торговли Российской Федерации разработало "Методические рекомендации по определению технологии в качестве наилучшей доступной технологии.*

________________

* Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

Согласно этим документам, при отнесении технологических процессов, оборудования, технических способов и методов к НДТ необходимо учитывать следующие критерии:

  1. а) наименьший уровень негативного воздействия на окружающую среду в расчете на единицу времени или объем производимой продукции (товара), выполняемой работы, оказываемой услуги либо соответствие другим показателям воздействия на окружающую среду, предусмотренным международными договорами Российской Федерации; приоритетным, оказывающим наименьшее отрицательное воздействие на окружающую среду, рекомендовано считать воздействие от отходов, затем выбросы в воду и загрязнение почвы; воздействие от выбросов в воздух рекомендовано рассматривать как фактор, имеющий наибольший отрицательный эффект;

  2. б) экономическая эффективность внедрения и эксплуатации; анализ экономической эффективности заключается в оценке затрат на внедрение и эксплуатацию технологии и выгоды от ее внедрения путем применения метода анализа затрат и выгод; в процессе оценки рекомендуется разделять объекты (предприятия) на новые и действующие;

  3. в) применение ресурсо- и энергосберегающих методов;

  4. г) период внедрения;

  5. д) промышленное внедрение технологических процессов, оборудования, технических способов, методов на двух и более объектах в Российской Федерации, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду.

В качестве источников информации о применяемых на практике технологиях, относящихся к НДТ, были использованы окончательный проект второй редакции справочника ЕС по НДТ для предприятий цветной металлургии (октябрь-2014), сведения, полученные в результате анкетирования предприятий отрасли, результаты научно-исследовательских работ, публикаций, а также информация, полученная в ходе консультаций с профильными экспертами.

Наилучшие доступные технологии и методы, а также, в необходимых случаях, соответствующие им технологические показатели (значения концентрации эмиссий) определялись технической рабочей группой применительно к следующим вспомогательным и основным процессам производства меди:

  1. 1. Процессы подготовки сырья: сушка, обжиг, спекание и прокаливание с применением вращающихся печей

  2. 2. Процессы плавки первичного сырья и конвертирования с использованием следующих агрегатов:

    1. а) Отражательная печь

    2. б) Печь Ванюкова

    3. в) Ausmelt/ISASMELT

    4. г) Поворотные конверторы с верхним дутьем (TBRC/KALDO)

    5. д) Наклонная вращающаяся кислородно-топливная печь (TROF)

    6. е) Шахтная печь

    7. ж) Печь взвешенной плавки Outotec

    8. з) Конвертер Пирса-Смита

    9. и) Агрегат совмещенной плавки-конвертирования

  3. 3. Процессы плавки вторичного сырья и металла с использованием следующих агрегатов:

    1. а) Анодная поворотная печь (Кумера)

    2. б) Стационарная анодная печь

    3. в) Наклонная отражательная печь (Maerz)

    4. г) Шахтная печь

  4. 4. Электролитическое рафинирование:

    1. а) основная технология

    2. б) безосновная технология

  5. 5. Гидрометаллургические технологии:

    1. а) выщелачивание руд (кучное или чановое выщелачивание) и концентратов

    2. б) автоклавно-окислительное выщелачивание концентратов

    3. в) окислительный обжиг и сернокислотное выщелачивание огарка

    4. г) электроэкстракция меди из растворов выщелачивания

     Раздел 5. Наилучшие доступные технологии

Настоящий раздел содержит перечень кратких описаний НДТ, применяемых при производстве меди на различных этапах технологического процесса.

НДТ в рамках раздела сгруппированы в подразделы в соответствии с целями их применения, например НДТ для повышения эффективности использования энергии, НДТ для управления отходами, промежуточными и побочными продуктами и др.

При выборе НДТ необходимо обращать внимание на указание в описании НДТ на конкретное производство (передел/установку), для которого должна применяться соответствующая технология. Также для каждой НДТ, где необходимо, указаны ограничения применимости включенных в описание НДТ методов.

     5.1 Системы экологического менеджмента (СЭМ)

НДТ 1. Повышение общей результативности природоохранной деятельности. Внедрение и поддержание системы экологического менеджмента (СЭМ), соответствующей требованиям ГОСТ Р ИСО 14001 или ISO 14001.

_______________

        Соответствие систем менеджмента указанным стандартам не означает ее обязательную сертификацию.

     5.2 Энергоменеджмент и энергия

НДТ 2. Повышение эффективности использования энергии: использование комбинации двух или более методов, приведенных в таблице 5.1.

Таблица 5.1

Метод/оборудование

Применимость

а)

Система управления энергоэффективностью (например, в соответствии с требованиями ГОСТ Р ИСО 50001 или ISO 50001

Общеприменим

б)

Использование избыточного тепла (например, пара, горячей воды или горячего воздуха), образующегося при реализации основных процессов

Применим для пирометаллургических процессов

в)

Регенеративные дожигающие устройства

Применим, когда требуется очистка выбросов от горючих загрязняющих веществ

г)

Предварительный разогрев подаваемого в камеру сгорания воздуха с помощью горячих газов из литейных желобов

Применим только для пирометаллургических процессов

д)

Подача на горелки воздуха, обогащенного кислородом, или чистого кислорода для уменьшения потребления энергии за счет автогенной плавки или полного сгорания углеродистого материала

Применим для печей, в которых используется сырье, содержащее серу или углерод

е)

Низкотемпературная сушка концентратов и влажного сырья перед плавкой

Применим, кроме процессов плавки в жидкой ванне

ж)

Теплоизоляция объектов, функционирующих при высоких температурах, например трубопроводов пара и горячей воды

Общеприменим

з)

Использование тепла, образующегося при производстве серной кислоты из диоксида серы, для предварительного нагрева газа, используемого на заводе серной кислоты, или для выработки пара и (или) горячей воды

Применим для заводов по производству цветных металлов, включающих производство серной кислоты или жидкого SО

и)

Использование высокоэффективных электродвигателей, оборудованных частотными преобразователями, для таких устройств как, например, вентиляторы

Общеприменим

_______________

Соответствие систем менеджмента указанным стандартам не означает ее обязательную сертификацию.

НДТ 3 . Повышение эффективности использования энергии при первичном производстве меди: использование одного из или комбинации методов, приведенных в таблице 5.2.

Таблица 5.2

Метод/оборудование

Применимость

а)

Использование горячих технологических газов от процессов плавления для нагревания подаваемых компонентов

Применим для шахтных печей

б)

Укрытие концентратов во время транспортировки и хранения

Общеприменим

в)

Использование избыточного тепла, генерируемого на стадиях первичной выплавки или конвертирования

г)

Термоизоляция и укрытие электролизных ванн

Ограниченно применим для электролитического рафинирования меди из-за необходимости технологического обслуживания электролизных ванн и предотвращения повышения температуры электролита выше нормированного уровня

НДТ 4. Повышение эффективности использования энергии при вторичном производстве меди: использование одного из или комбинации методов, приведенных в таблице 5.3.

Таблица 5.3

Метод/оборудование

Применимость

а)

Уменьшение содержания влаги в подаваемых в печь материалах

Применение ограничено случаями, когда увлажнение материалов используется в качестве метода сокращения неорганизованных выбросов

б)

Производство энергии за счет использования избыточного тепла от анодной печи

Применим, если существует экономически значимый спрос

в)

Использование для плавки лома избыточного тепла, генерируемого при плавке или конвертировании

Общеприменимо для первичной цветной металлургии

г)

Поддержание высокой температуры в печи между стадиями технологического цикла

Применим только для печей, эксплуатируемых в дискретном режиме, когда требуется заполнение буферной емкости расплава

НДТ 5. Повышение эффективности использования энергии при электрорафинировании и электролизе. Использование одного из или комбинации методов, приведенных в таблице 5.4.

Таблица 5.4

Метод/оборудование

Применимость

а)

Применение термоизоляции и укрытие электролизных ванн

За исключением случаев, когда ванны должны оставаться не укрытыми с целью поддержания температуры на необходимом рабочем уровне

б)

Добавление в электролит поверхностно-активных веществ

Общеприменим

в)

Усовершенствование конструкции ванн электролизеров за счет оптимизации следующих параметров: расстояние между анодами и катодами, конфигурация анодов, плотность тока, состав и температура электролита

Применим только для новых заводов и при полной модернизации существующих заводов

г)

Использование катодной основы из нержавеющей стали

д)

Автоматизированная замена катодов/анодов для точной установки электродов в ванне

е)

Выявление коротких замыканий и контроль качества с целью обеспечения заданных геометрических параметров электродов и точности веса анодов

Общеприменим

     5.3 Контроль технологических процессов и мониторинг эмиссий

НДТ 6. Обеспечение стабильности производственного процесса. Внедрение системы автоматизированного контроля и использование комбинации двух или более методов, приведенных в таблице 5.5.

Таблица 5.5

Метод/оборудование

Применимость

а)

Проверка и сортировка исходных материалов в соответствии с требованиями, определяемыми используемым технологическим оборудованием и применяемыми методами сокращения загрязнения

Общеприменим

б)

Тщательное перемешивание различных материалов, входящих в состав шихты, для достижения оптимальной эффективности переработки и сокращения выбросов и отходов

в)

Системы взвешивания и дозирования шихты

г)

Использование микропроцессорных устройств для контроля скорости подачи материала, ключевых технологических параметров, включая сигнализацию, условий сжигания и подачи дополнительного газа

д)

Непрерывный инструментальный контроль температуры, давления в печи и подачи газа

е)

Контроль критических параметров процессов, реализуемых на установках очистки воздуха, таких как температура газа, количество подаваемых реагентов, падение давления, ток и напряжение на электрофильтре, объем подачи и рН жидкости в мокром скруббере, состав подаваемого газа (например, О, СО, ЛОС)

ж)

Контроль содержания пыли и ртути в отходящих газах перед их подачей на сернокислотную установку

Применим для заводов по производству цветных металлов, включающих производство серной кислоты или жидкого SO

з)

Непрерывный инструментальный контроль уровня вибрации для обнаружения завалов и возможных отказов оборудования

Общеприменим

и)

Непрерывный инструментальный контроль силы тока, напряжения и температуры электрических контактов

Применим для процессов электролиза

к)

Контроль и регулирование температуры для предотвращения образования выбросов металлов и оксидов металлов из-за перегрева

Применим для спекающих и плавильных печей

л)

Использование микропроцессорных устройств для контроля подачи реагентов и работы очистного оборудования, включая непрерывный инструментальный контроль температуры, мутности, рН, электропроводности и объемов стока

Применим для установок очистки сточных вод

     5.4 Вторичное сырье

НДТ 7. Увеличение выхода меди от использования вторичных сырьевых материалов. Отделение неметаллических компонентов и металлов кроме меди с помощью ручного разделения для отделения крупных видимых компонентов.

     5.5 Неорганизованные эмиссии

     5.5.1 Общий подход к предотвращению неорганизованных эмиссий

НДТ 8. Предотвращение или уменьшение неорганизованных эмиссий в воздух и водные объекты: улавливание эмиссий по возможности максимально близко к источнику с последующей очисткой.

     5.5.2 Выбросы в атмосферный воздух

НДТ 9. Уменьшение неорганизованных выбросов, образующихся при хранении сырья: использование комбинации двух или более методов, приведенных в таблице 5.6.

Таблица 5.6

Метод/оборудование

Применимость

а)

Использование закрытых помещений или емкостей/бункеров

Применяется для пылящих материалов, таких как концентраты, флюсы и т.д.

б)

Сооружение укрытий над площадками хранения

Применяется для не пылящих материалов, таких как концентраты, флюсы, твердое топливо, крупнотоннажные насыпные материалы и кокс, а также вторичного сырья, содержащего растворимые в воде органические соединения

в)

Герметичная упаковка

Применяется для хранения пылящих материалов, а также вторичного сырья, содержащего растворимые в воде органические соединения

г)

Сооружение укрытий над пролетами

Применяется при гранулировании/агломерации материала

д)

Разбрызгивание воды с применением или без применения таких добавок как латекс

Не применяется для процессов, в которых используются сухие материалы или руды/концентраты, содержащие достаточное количество естественной влаги, чтобы предотвратить пылеобразование. Применение также ограничено в регионах с нехваткой воды или с очень низкими зимними температурами

е)

Размещение устройств для улавливания пыли/газов в точках загрузки и перегрузки

Применяется в местах складирования пылящих материалов

ж)

Использование для сооружения емкостей строительных материалов, устойчивых к загружаемым материалам

Общеприменим

з)

Применение надежных систем обнаружения утечек и индикации уровня заполнения емкостей с подачей сигналов для предотвращения их переполнения

и)

Хранение серной кислоты и других агрессивных материалов в емкостях с двойными стенками или в емкостях, размещенных внутри устойчивого к воздействию агрессивных сред обвалования двойной вместимости

к)

Проектирование площадок для хранения таким образом, чтобы любые утечки из емкостей и систем доставки удерживались внутри обвалования, способного вместить объем жидкости, равный, по крайней мере, объему наибольшей емкости, размещенной внутри обвалования. Площадка для хранения должна быть обвалована и иметь покрытие, не подверженное воздействию хранящегося агрессивного материала

л)

Сбор и обработка эмиссий, образующихся при хранении, с помощью систем, предназначенных для обращения с химическими веществами, которые подлежат хранению. Вода, использованная для смыва пыли, также должна собираться и очищаться перед сбросом

Общеприменим при хранении газов. При хранении жидкостей любые утечки должны собираться и обрабатываться

м)

Регулярная уборка и, при необходимости, увлажнение площадки хранения

Общеприменим

н)

Применение защитных посадок, ограждений для защиты от ветра или обвалований с наветренной стороны для снижения скорости ветра

Применяется при складировании на открытом воздухе

о)

Хранение материалов там, где это возможно, в одной куче вместо нескольких

п)

Использование нефтеловушек и песколовушек в дренаже открытых площадок хранения. Использование для хранения материалов, которые могут содержать нефтепродукты (например, замасленной стружки), бетонированных площадок с бортами или иными удерживающими устройствами

НДТ 10. Уменьшение неорганизованных эмиссий, образующихся при обработке и транспортировке сырья. Использование комбинации двух или более методов, приведенных в таблице 5.7.

Таблица 5.7

Метод/оборудование

Применимость

а)

Использование закрытых конвейеров или пневматических транспортных систем

Общеприменим

б)

Сооружение конвейеров для непылящих твердых материалов под навесами

в)

Установка устройств для сбора пыли в пунктах доставки, вентиляционных отверстиях, пневматических транспортных системах и точках перегрузки на конвейерах передачи, и их подключение к системе фильтрации

Применяется при использовании пылящих материалов

г)

Использование для обращения с измельченными или водорастворимыми материалами закрытых мешков или бочек

Общеприменим

д)

Использование специальных контейнеров для обработки уложенных на поддонах материалов

е)

Разбрызгивание воды для увлажнения материалов в местах их обработки

ж)

Использование максимально коротких маршрутов транспортировки

з)

Регулировка скорости открытых ленточных конвейеров (<3,5 м/с)

Применяется при использовании открытых ленточных конвейеров

и)

Размещение передающих конвейеров и трубопроводов на безопасных открытых площадках выше уровня земной поверхности с целью оперативного обнаружения утечек и предупреждения повреждений транспортными средствами и другим оборудованием. Если для перемещения неопасных материалов используются подземные трубопроводы, местоположение их трасс должно быть документально зафиксировано и отмечено на местности соответствующими предупреждающими знаками; должны применяться системы безопасного ведения земляных работ.

Общеприменим

к)

Мойка колес и шасси транспортных средств, используемых для доставки или обработки пылящих материалов

Не применяется в условиях, которые могут привести к обледенению

л)

Проведение плановых кампаний по уборке дорог

Общеприменим

м)

Разделение несовместимых материалов (например, окислителей и органических материалов)

н)

Минимизация материальных потоков между процессами

НДТ 11. Уменьшение неорганизованных выбросов от предварительной переработки первичных и вторичных материалов (например, смешивание, сушка, гомогенизация, скрининг и таблетирование): использование одного из или комбинации методов, приведенных в таблице 5.8.

Таблица 5.8

Метод/оборудование

Применимость

а)

Использование закрытых конвейеров или пневматических транспортных систем

Обычно применяется для пылящих материалов

б)

Обработка пылящих материалов, например их смешивание, в закрытом помещении

Общеприменим. Для существующих заводов применение может быть затруднено в связи с необходимостью больших пространств

в)

Использование систем пылеподавления, таких как водометы или дождевальные установки

Применяется при перемешивании материалов вне помещений. Не применяется для процессов, требующих сухих материалов. Применение также ограничено в регионах с нехваткой воды или с очень низкими зимними температурами

г)

Использование закрытого оборудования, оснащенного системой улавливания отходящих газов, связанной с системой газоочистки

Применяется при подаче смесей, полученных с помощью бункеров-дозаторов или системы потери веса, при сушке, смешивании, помоле, разделении и гранулировании

д)

Использование вытяжных систем, таких как аспирационные зонты, в сочетании с системой пылеулавливания и очистки отходящих газов

Обычно применяется для улавливания и очистки пылевых и газообразных выбросов

НДТ 12. Предупреждение или уменьшение неорганизованных выбросов: оптимизация параметров эффективности улавливания и очистки отходящих газов и использование комбинации двух или более методов, приведенных в таблице 5.9.

Таблица 5.9

Метод/оборудование

Применимость

а)

Предварительная тепловая или механическая обработка вторичного сырья с целью минимизации органического загрязнения шихты

Общеприменим

б)

Использование закрытых печей, оснащенных системами пылеулавливания, или оснащение печей и другого технологического оборудования вытяжными системами

Применение может быть ограничено соображениями безопасности (например, типом/конструкцией печи, наличием угрозы взрыва)

в)

Оснащение печей и конверторов вторичными системами отведения газов в точках загрузки и выгрузки

г)

Сбор пыли и испарений в местах перегрузки пылящих материалов (например, в точках загрузки и выгрузки печей, на литейных лотках)

Общеприменим

д)

Оптимизация конструкции и технологии эксплуатации вытяжных устройств и газоходов с целью улавливания газов, возникающих при загрузке шихты и отходящих от разогретого металла; выдача и перемещение расплавов сульфидов или шлаков по закрытым желобам

Для существующих заводов применение может быть ограничено имеющимся пространством и сложившейся планировкой размещения объектов в цехах

е)

Сооружение укрытий печей/реакторов, например с помощью кессонов, для улавливания выбросов при загрузочных операциях и выдаче расплавов

ж)

Оптимизация потока отходящих из печи газов на основе компьютеризированных исследований и индикаторов гидродинамики

Общеприменим

з)

Использование систем, позволяющих подавать сырье небольшими порциями

Применяется только для полузакрытых печей

и)

Очистка улавливаемых отходящих газов с помощью систем, сконструированных с учетом особенностей их состава

Общеприменим

НДТ 13. Предупреждение или уменьшение неорганизованных выбросов при загрузке, плавке и выпуске из печей на заводах по первичной и вторичной выплавке меди, а также от нагревательных и плавильных печей: использование комбинации двух или более методов, приведенных в таблице 5.10.

Таблица 5.10

Метод/оборудование

Применимость

а)

Брикетирование и гранулирование сырья

Применим только для процессов и печей, предназначенных для использования гранулированного сырья

б)

Эксплуатация печи и газоотводящих каналов при разрежении и скорости газоотведения, достаточной для предотвращения повышения давления

Общеприменим

в)

Системы, обеспечивающие подачу малыми порциями

г)

Вытяжные зонты/укрытия в точках загрузки и выпуска в сочетании с системой улавливания и очистки отходящих газов (например, перекрытые или полностью закрытые желоба для выпуска плавки, выход которых закрывается сдвижными створками, оснащенными системой вентиляции и удаления выбросов)

д)

Размещение печи в вытяжном укрытии

е)

Герметизация печи

ж)

Поддержание температуры в печи на самом низком допустимом уровне

з)

Системы всасывания повышенной мощности ()

и)

Закрытые помещения в сочетании с другими методами улавливания неорганизованных выбросов

к)

Подбор и подача сырья в соответствии с типом печи и применяемыми методами сокращения выбросов

л)

Использование крышек на ротационной анодной печи

НДТ 14. Уменьшение неорганизованных выбросов от конверторных печей Пирса-Смита при первичном и вторичном производстве меди: использование комбинации двух или более методов, приведенных в таблице 5.11.

Таблица 5.11

Метод/оборудование

Применимость

а)

Эксплуатация печи и газоотводящих каналов при разрежении и скорости газоотведения, достаточной для предотвращения повышения давления

Общеприменим

б)

Первичный вытяжной зонт над конвертером, открывающийся для сбора отходящих первичных газов

в)

Добавление материалов (например, скрапа и флюса) через вытяжной зонт

г)

Система вторичных вытяжных зонтов, дополняющих основной при загрузке печи и выпуске из нее металла

д)

Размещение печи в закрытом помещении

е)

Системы всасывания повышенной мощности и автоматизированный контроль для предотвращения выноса газов при перемещении конвертора

НДТ 15. Уменьшение неорганизованных выбросов от конверторов с верхним дутьем при вторичном производстве меди: использование одного из или комбинации методов, приведенных в таблице 5.12.

Таблица 5.12

Метод/оборудование

Применимость

а)

Эксплуатация печи и газоотводящих каналов при разрежении и скорости газоотведения, достаточной для предотвращения повышения давления

Общеприменим

б)

Обогащение кислородом

НДТ 16. Уменьшение неорганизованных выбросов от извлечения меди с помощью флотации шлака: использование комбинации двух или более методов, приведенных в таблице 5.13.

Таблица 5.13

Метод/оборудование

а)

Методы пылеподавления, такие как распыление воды, при обработке, хранении и измельчении шлака

б)

Перемалывание и флотация производятся с использованием воды

в)

Транспортировка шлака до участка конечного хранения с помощью гидротранспорта в закрытом трубопроводе

г)

Поддержание слоя воды поверх шлака в накопителе или использование в засушливых районах для пылеподавления таких средств как известковое молочко

НДТ 17. Уменьшение неорганизованных выбросов от переработки богатых медью шлаков: использование комбинации двух или более методов, приведенных в таблице 5.14.

Таблица 5.14

Метод/оборудование

а)

Методы пылеподавления, такие как распыление воды, при обработке, хранении и измельчении шлака

б)

Эксплуатация печи при разрежении

в)

Герметизация печи

г)

Использование укрытий, замкнутых помещений и вытяжных зонтов для сбора и передачи выбросов отходящих газов в систему газоочистки

НДТ 18 . Уменьшение неорганизованных выбросов от разливки анодов при первичном и вторичном производстве меди: использование над разливочным ковшом и над разливочной каруселью вытяжных зонтов, оборудованных системой всасывания.

НДТ 19 . Уменьшение неорганизованных выбросов от электролизеров: использование комбинации двух или более методов, приведенных в таблице 5.15.

Таблица 5.15

Метод/оборудование

Применимость

а)

Добавление поверхностно-активных веществ

Общеприменим

б)

Использование покрывал или вытяжного зонта и отведение испарений в систему газоочистки

Применим для электролизных ванн за исключением случаев, когда они должны оставаться не укрытыми с целью поддержания температуры на необходимом рабочем уровне

в)

Использование закрытых емкостей для хранения и трубопроводов для транспортировки растворов

Общеприменим

г)

Улавливание аэрозолей, образующихся в промывных камерах машин для обдирки катодов и в машинах для промывки анодов

Применим для вновь строящихся цехов

НДТ 20. Уменьшение неорганизованных выбросов при некислотном и кислотном травлении: использование закрытой линии травления с замкнутой системой циркуляции раствора изопропилового спирта.

Применимо только при непрерывном процессе травления катанки.

     5.5.3 Выбросы пыли

НДТ 21. Сокращение выбросов пыли и металлов. Поддержание в качестве составляющей СЭМ (см. НДТ 1) подсистемы, обеспечивающей эффективность эксплуатации систем пылеподавления и пылеулавливания.

НДТ 22. Предотвращение или уменьшение неорганизованных выбросов пыли: разработка и реализация в качестве составной части СЭМ (см. НДТ 1) плана мероприятий по неорганизованным выбросам, предусматривающего, в том числе, использование методов, приведенных в таблице 5.16.

Таблица 5.16

Метод/оборудование

а)

Инвентаризация наиболее характерных источников неорганизованных выбросов

б)

Определение и реализацию соответствующих мероприятий и методов по предотвращению и сокращению неорганизованных выбросов в течение определенного периода времени.

НДТ 23. Снижение выбросов пыли и металлов, образующейся при приемке, хранении, обработке, транспортировке, учете, смешивании, измельчении, сушке, резке и скрининге сырья при первичном и вторичном производстве меди: использование рукавного фильтра.

Таблица 5.17 - Технологические показатели: пыль и металлы в выбросах, образующихся при приемке, хранении, обработке, транспортировке, учете, смешивании, измельчении, сушке, резке и скрининге сырья при первичном и вторичном производстве меди

Параметр

Единица измерений

Средний уровень выбросов для НДТ

Пыль неорганическая, в том числе:

мг/нм

100

Мышьяк и его соединения (в пересчете на As)

мг/нм

1,0

Медь и ее соединения (в пересчете на Сu)

мг/нм

12,0

Свинец и его соединения (в пересчете на Рb)

мг/нм

1,0

Никель и его соединения (в пересчете на Ni)

мг/нм

1,0

Цинк и его соединения (в пересчете на Zn)

мг/нм

6,0

Среднее значение за период пробоотбора

НДТ 24. Снижение содержания пыли и металлов в образующихся при первичной выплавке меди в печах и конверторах выбросах, кроме тех, которые направляются на завод по производству серной кислоты или жидкого SO или на электростанцию: использование рукавного фильтра.

Таблица 5.18 - Технологические показатели: пыль и металлы в образующихся при первичной выплавке меди в печах и конверторах выбросах, кроме тех, которые направляются на завод по производству серной кислоты или жидкого SO или на электростанцию

Параметр

Единица измерений

Средний уровень выбросов для НДТ

Пыль неорганическая, в том числе:

мг/нм

200

Мышьяк и его соединения (в пересчете на As)

мг/нм

1,0

Медь и ее соединения (в пересчете на Сu)

мг/нм

15,0

Свинец и его соединения (в пересчете на Рb)

мг/нм

1,0

Никель и его соединения (в пересчете на Ni)

мг/нм

1,0

Цинк и его соединения (в пересчете на Zn)

мг/нм

6,0

Среднее значение за период пробоотбора

НДТ 25. Снижение содержания пыли и металлов в образующихся при вторичной выплавке меди в печах и конверторах и переработке вторичных продуктов для производства меди выбросах, кроме тех, которые направляются на завод по производству серной кислоты: использование рукавного фильтра.

Таблица 5.19 - Технологические показатели: пыль и металлы в образующихся при вторичной выплавке меди в печах и конверторах и переработке вторичных продуктов для производства меди выбросах, кроме тех, которые направляются на завод по производству серной кислоты

Параметр

Единица измерений

Средний уровень выбросов для НДТ

Пыль неорганическая, в том числе:

мг/нм

70

Мышьяк и его соединения (в пересчете на As)

мг/нм

1,0

Медь и ее соединения (в пересчете на Сu)

мг/нм

10,0

Свинец и его соединения (в пересчете на Рb)

мг/нм

5,0

Никель и его соединения (в пересчете на Ni)

мг/нм

1,0

Цинк и его соединения (в пересчете на Zn)

мг/нм

1,5

Среднее значение за период пробоотбора

НДТ 26. Снижение содержания пыли и металлов в первичных и вторичных выбросах, образующихся при первичном и вторичном производстве медных анодов: использование рукавного фильтра или скруббера в сочетании с электростатическим фильтром.

Таблица 5.20 - Технологические показатели: пыль и металлы в первичных и вторичных выбросах, образующихся при первичном и вторичном производстве медных анодов

Параметр

Единица измерений

Средний уровень выбросов для НДТ

Пыль неорганическая, в том числе:

мг/нм

<70

Мышьяк и его соединения (в пересчете на As)

мг/нм

1,0

Медь и ее соединения (в пересчете на Сu)

мг/нм

5,0

Свинец и его соединения (в пересчете на Рb)

мг/нм

1,0

Никель и его соединения (в пересчете на Ni)

мг/нм

0,5

Цинк и его соединения (в пересчете на Zn)

мг/нм

4,0

Среднее значение за период пробоотбора

НДТ 27. Снижение содержания пыли и металлов в выбросах от печи для производства полуфабрикатов: выбор и подача сырья в соответствии с характеристиками печи и используемой системы улавливания и очистка выбросов с применением рукавного фильтра.

Таблица 5.21 - Технологические показатели: пыль и металлы в выбросах от печи для производства полуфабрикатов

Параметр

Единица измерений

Средний уровень выбросов для НДТ

Пыль неорганическая, в том числе:

мг/нм

20,0

Медь и ее соединения (в пересчете на Сu)

мг/нм

15,0

Среднее значение за период пробоотбора

     5.5.4 Выбросы органических соединений

НДТ 28. Снижение риска выброса в воздух органических соединений в выбросах, образующихся при сушке, обезжиривании и плавлении вторичного сырья: использование одного из методов, приведенных в таблице 5.22.

Таблица 5.22

Метод/оборудование

Применимость

а)

Установка или камера для дожигания

Применение ограничено энергоемкостью отходящих газов, которые необходимо обработать. Отходящие газы с более низкой энергоемкостью требуют больших объемов топлива, что приводит к возрастанию передачи негативного воздействия от одного компонента окружающей среды к другому

б)

Рекуперативная установка для дожигания

в)

Проектирование печи и устройств по очистке выбросов с учетом состава доступного сырья

Применим только для новых или полной модернизации действующих печей

г)

Подбор и подача сырья в соответствии с характеристиками печи и устройств по очистке выбросов

Общеприменим

д)

Термодеструкция летучих органических соединений в печи при высокой температуре (>1000°С)

НДТ 29. Снижение риска выброса в воздух полихлордибензодиоксинов/фуранов (ПХДД/Ф) при расплавлении, выплавке, огневой обработке и конверторной плавке меди: использование одного из или комбинации методов, приведенных в таблице 5.23.

Таблица 5.23

Метод/оборудование

а)

Выбор сырья в соответствии с характеристиками печи и используемыми методами сокращения выбросов

б)

Выбор оптимальных параметров горения

в)

Использование системы, обеспечивающей подачу сырья малыми порциями

г)

Термодеструкция ПХДД/Ф в печи при высоких температурах (>850°С)

д)

Использование системы внутренних горелок

е)

Использование камер и установок для дожигания

ж)

Избегать скопления пыли в дымоходах, через которые отводятся газы с температурой >250°С

Описание методов:

НДТ 29а. Исходное сырье должно подбираться таким образом, чтобы печь и система очистки выбросов, используемая для достижения требуемых значений показателей эффективности, могли обеспечить необходимое улавливание загрязняющих веществ, содержащихся в подаваемой шихте.

НДТ 29б. Действия по оптимизации условий горения: обеспечение необходимого смешивания кислорода воздуха с компонентами, содержащими углерод, контроль температуры газов и времени контакта, необходимого для окисления органического углерода, входящего в состав ПХДД/Ф.

НДТ 29в. Подача сырья в полузакрытые печи небольшими порциями для уменьшения охлаждения печи во время загрузки. Это позволяет поддерживать более высокую температуру газа и предотвращает образование ПХДД/Ф.

НДТ 29е. Отходящий газ проходит через пламя горелки и органический углерод, соединяясь с кислородом, образует СО.

НДТ 29ж. Наличие пыли при температуре выше 250°С способствует образованию ПХДД/Ф.

     5.5.5 Выбросы SO

НДТ 30. Снижение выбросов SO: направление отходящих газов (с предварительной очисткой от пыли) на установки по производству серной кислоты, жидкого диоксида серы, элементарной серы или других аналогичных продуктов.

Применимость: применимо в зависимости от содержания диоксида серы в газах и от наличия рынка производимого продукта или условий для долговременного хранения.

НДТ 31. Снижение выбросов SO от первичного производства меди, за исключением направляемых на установки по производству серной кислоты или жидкого диоксида серы или на электростанцию: использование одного из или комбинации методов, приведенных в таблице 5.24.

Таблица 5.24

Метод/оборудование

Применимость

а)

Сухой или полусухой скруббер

Общеприменим

б)

Мокрый скруббер

Применение может быть ограничено в следующих случаях:

- очень высокий расход потока отходящих газов, что связано с последствиями передачи загрязнения (значительные объемы отходов и сточных вод);

- в засушливых районах большими объемами необходимой воды, необходимостью в очистке сточных вод и связанными с ними последствиями передачи загрязнения

в)

Использование системы абсорбции/десорбции с применением полиэфира

Не применим при отсутствии завода по производству серной кислоты или жидкого диоксида серы

Таблица 5.25 - Технологический показатель: выбросы SО от первичного производства меди

Параметр

Единица измерений

Средний уровень выбросов для НДТ

мг/нм

1700

Среднее значение за период пробоотбора

НДТ 32. Снижение выбросов SO от вторичного производства меди, за исключением направляемых на установки по производству серной кислоты или жидкого диоксида серы или на электростанцию: использование одного из или комбинации методов, приведенных в таблице 5.26.

Таблица 5.26

Метод/оборудование

Применимость

а)

Сухой или полусухой скруббер

Общеприменим

б)

Мокрый скруббер

Применение может быть ограничено в следующих случаях:

- очень высокий расход потока отходящих газов потока, что связано с последствиями передачи загрязнения (значительные объемы отходов и сточных вод);

- в засушливых районах большими объемами необходимой воды, необходимостью в очистке сточных вод и связанными с ними последствиями передачи загрязнения

Таблица 5.27 - Технологический показатель: выбросы SО от вторичного производства меди

Параметр

Единица измерений

Средний уровень выбросов для НДТ

мг/нм

300

Среднее значение за период пробоотбора

     5.5.6 Кислотные выбросы

НДТ 33. Снижение выброса в воздух кислых газов от процессов электрорафинирования и электролиза, промывочной камеры машин для обдирки катодов и машины для промывки отработанных анодов: использование одного из методов, приведенных в таблице 5.28.

Таблица 5.28

Метод/оборудование

Применимость

а)

Мокрый скруббер

Для новых предприятий/цехов

б)

Влагоуловитель

Таблица 5.29 - Технологический показатель: выбросы кислых газов от процессов электрорафинирования и электролиза, промывочной камеры машин для обдирки катодов и машины для промывки отработанных анодов

Параметр

Единица измерений

Средний уровень выбросов для НДТ

Кислые газы в пересчете на молекулы H

мг/м

10

Среднее значение за период пробоотбора

     5.5.7 Сокращение выбросов NO

НДТ 34. Снижение выброса в воздух NO от пирометаллургических процессов: использование одного из методов, приведенных в таблице 5.30.

Таблица 5.30

Метод/оборудование

Применимость

а)

Горелки с низкими выбросами NO

Общеприменим

б)

Кислородно-топливные горелки

Таблица 5.31 - Технологический показатель: выбросы в воздух NO от пирометаллургических процессов

Параметр

Единица измерений

Средний уровень выбросов для НДТ

NO

(в пересчете на NO)

мг/нм

300

Среднее значение за период пробоотбора

     5.5.8 Выбросы ртути

НДТ 35. Сокращение выбросов ртути от пирометаллургических процессов, в которых применяется сырье, содержащее ртуть: использование сырья с низким содержанием ртути.

Предполагается также сотрудничество с поставщиками сырья с целью удаления ртути из сырьевых материалов.

     5.6 Охрана почвы и подземных вод

НДТ 36. Предотвращение загрязнения почвы и подземных вод при флотационном извлечении меди из шлака: правильное проектирование площадки конечного хранения шлака, обеспечивающее исключение эмиссии стоков.

НДТ 37. Предотвращение загрязнения почвы и подземных вод электролитом при первичном и вторичном производстве меди: использование комбинации двух или более методов, приведенных в таблице 5.32.

Таблица 5.32

Метод/оборудование

а)

Использование дренажной системы

б)

Использование влагонепроницаемых и кислотостойких полов

в)

Использование емкостей с двойными стенками или размещение их внутри прочного обвалования с непроницаемыми полами

     5.7 Сточные воды

НДТ 38. Предотвращение образования сточных вод: использование одного из или комбинации методов, приведенных в таблице 5.33.

Таблица 5.33

Метод/оборудование

Применимость

а)

Измерение объемов используемой и сбрасываемой воды

Общеприменим

б)

Возврат в технологический процесс воды, использованной для промывки (в том числе промывки анодов и катодов), и разлитой воды

в)

Повторное использование слабых кислот из стоков, образующихся в мокрых электростатических фильтрах и мокрых скрубберах

Применяется в зависимости от содержания в сточных водах металлов и твердых веществ

г)

Использование поверхностных стоков

Общеприменим

д)

Использования систем оборотного водоснабжения

Общеприменим

е)

Повторное использование воды, проходящей через очистные сооружения

Применяется в зависимости от содержания солей

НДТ 39. Сокращение сбросов загрязняющих веществ со сточными водами: очистка сточных вод, образующихся при производстве меди, с целью удаления металлов и сульфатов на основе применения методов, приведенных в таблице 5.34.

Таблица 5.34

Метод/оборудование

Применимость

а)

Химическое осаждение

Общеприменим

б)

Седиментация

в)

Фильтрация

г)

Флотация

Значение концентраций загрязняющих веществ в прямых сбросах, образующихся при производстве меди, в принимающие водные объекты приведены в таблице 5.35. Эти показатели соответствуют точкам сброса с установки.

Таблица 5.35 - Технологические показатели: средний уровень концентраций загрязняющих веществ в прямых сбросах, образующихся при производстве меди, в принимающие водные объекты

Параметр

Единица измерений

Концентрация загрязняющего вещества

As

мг/л

0,2

Сu

мг/л

1

Ni

мг/л

0,5

Zn

мг/л

1,0

взвешенные вещества

мг/л

25

рН

ед.

6-9,5

Среднесуточное значение

НДТ 40. Предотвращение образования сточных вод при первичном и вторичном производстве меди: использование одного из или комбинации методов, приведенных в таблице 5.36.

Таблица 5.36

Метод/оборудование

Применимость

а)

Повторное использование воды, собираемой с помощью дренажной системы, в процессе флотационного извлечения меди из шлака

Общеприменим

б)

Повторное использование травильных растворов и промывной воды

в)

Повторное использование электролита после удаления металла для электролиза и (или) выщелачивания

Применим только на стадии экстракции в гидрометаллургическом производстве меди

     5.8 Отходы, промежуточные и побочные продукты

НДТ 41. Уменьшение количества отходов, направляемых на утилизацию при первичном и вторичном производстве меди: организация обращения с отходами, промежуточными и побочными продуктами, способствующая их повторному использованию, а в случае невозможности - вторичной их переработке, включая использование одного или комбинации методов, приведенных в таблице 5.37.

Таблица 5.37

Метод/оборудование

Применимость

а)

Извлечение металлов из пыли и грязи, поступающих из системы пылеулавливания

Общеприменим

б)

Повторное использование или продажа гипса, вырабатываемого с использованием улавливаемой SO

Применим в зависимости от содержания металлов и от наличия рынка/процесса

в)

Регенерация или переработка отработанных катализаторов

Общеприменим

г)

Извлечение металла из осадка, образующегося при очистке сточных вод

Применим в зависимости от содержания металлов и от наличия рынка/процесса

д)

Использование слабой кислоты в процессе выщелачивания или для производства гипса

Общеприменим

е)

Извлечение меди из содержащих ее в значительных количествах шлаков в шлаковых печах или в шлаковых флотационных установках

ж)

Использование отвальных шлаков в качестве абразивных или строительных (для отсыпки дорог) материалов

Применим в зависимости от содержания металлов и от наличия рынка

з)

Использование футеровки печей для извлечения металлов или повторное ее использование в качестве огнеупорных материалов

и)

Использование хвостов после флотации шлака в качестве абразивных или строительных материалов или для иных возможных целей

к)

Использование съема с плавильных печей для извлечения металлов

Общеприменим

л)

Использование слитого отработанного электролита для извлечения меди и никеля. Повторное использование остатков кислоты для получения нового электролита или для производства гипса

м)

Использование анодных остатков в качестве охлаждающего материала при пирометаллургическом рафинировании или при переплавке меди

н)

Использование анодного шлама для получения драгоценных металлов

о)

Использование гипса с установок по очистке сточных вод в пирометаллургическом процессе или его продажа

Применим в зависимости от качества получаемого гипса

п)

Извлечение металлов из шламов

Общеприменим

     Раздел 6. Экономические аспекты применения наилучших доступных технологий при производстве меди

     6.1 Факторы, влияющие на данные по затратам

В настоящем разделе рассматриваются вопросы, связанные с оценкой затрат промышленных предприятий медной подотрасли на реализацию отдельных природоохранных мероприятий, включая приобретение, монтаж, наладку и эксплуатацию оборудования, обеспечивающего сокращение эмиссий загрязняющих веществ в окружающую среду.

Данные, приведенные в настоящем разделе, получены из различных источников, в том числе от предприятий, поставщиков технологий и оборудования, консультантов. Кроме того, для оценки затрат могут использоваться результаты исследований и иная опубликованная информация (корпоративные доклады и отчеты, журналы, открытые источники в сети Интернет, материалы конференций и др.). Однако информация из упомянутых источников не является универсальной и не может быть использована для хоть сколько-нибудь достоверной оценки необходимых будущих вложений конкретного предприятия в оборудование и технологии в целях сокращения эмиссий загрязняющих веществ в окружающую среду, а отражает лишь примерный масштаб затрат, которые могут возникать при реализации отдельных природоохранных проектов.

Зачастую имеющиеся данные агрегированы и не позволяют однозначно определить ключевые компоненты затрат и, тем самым провести разграничение между затратами на природоохранные мероприятия и затратами, связанными с общей модернизацией производственного процесса и пуско-наладочными работами. Единственными "чистыми" затратами природоохранного характера являются затраты на оборудование и технологии "на конце трубы", которые, как правило, не имеют иных целей, кроме уменьшения или предотвращения эмиссий загрязняющих веществ в окружающую среду. Учитывая, что наиболее результативные природоохранные мероприятия оказываются интегрированными в производственный процесс, оценка фактического объема ресурсов, направленных на охрану окружающей среды, представляется крайне затруднительной.

Кроме того, в силу высокой специфичности производственных объектов, само по себе наличие более детальной информации не всегда гарантирует применимость имеющихся данных для оценки требующихся вложений российских металлургических предприятий в технологии и оборудование природоохранного назначения. Помимо масштаба предприятия и особенностей производственного процесса существенное влияние на потенциальные расходы, связанные с внедрением природоохранных методов и технологий, и оценку экологической результативности конкретного инвестиционного проекта оказывает целый ряд иных факторов, в том числе:

- логистика и развитость транспортной инфраструктуры, оказывающие прямое воздействие на затраты на поставку материалов и продукции;

- прямые операционные издержки, которые могут быть связаны с особенностями трудового законодательства и местного рынка труда, климатическими условиями, удаленностью отдельных цехов и подразделений, наличием (или стоимостью) энергии и инфраструктуры, специальными требованиями по охране окружающей среды;

- расходы, связанные со сбытом и доступом на рынок, влияние на масштаб которых также оказывают развитость транспортной инфраструктуры, климатические условия, структура рынка и ограничения, связанные с выходом на новые рынки;

- конъюнктура рынка, в том числе цена конечной продукции и ее динамика, стоимость сырья и иных используемых в производстве материалов, объем спроса и возможности для расширения производства;

- индивидуальные особенности конкретного инвестиционного проекта, в том числе график и протяженность инвестиций во времени, параметры поставки и различные сроки эксплуатации оборудования, доступность энергетической и иной инфраструктуры, процентная ставка и доступность кредитных ресурсов, корпоративная структура.

Приведенные выше факторы свидетельствуют, что получить надежные данные по расходам, связанным с внедрением природоохранных методов и технологий, которые могли бы быть использованы без опасности существенного искажения результатов, крайне затруднительно. Полные и достоверные экономические расчеты в любом случае будут возможны только с учетом всех местных условий и ключевых параметров, влияющих на финансовые результаты предприятия.

В российских условиях существенное влияние на достоверность и применимость сведений о затратах компаний медной отрасли на природоохранные мероприятия оказывает высокая волатильность валютных и финансовых рынков. Вследствие этого необходима существенная корректировка имеющихся данных о затратах, поскольку годовая процентная ставка, расходы на ссудные выплаты, уровень инфляции и валютные курсы в текущем периоде окажутся несопоставимы с условиями, в которых компаниями ранее осуществлялись соответствующие вложения. Представленные в настоящем разделе сведения о прошлых инвестициях российских предприятий - производителей меди в рублевом эквиваленте зачастую агрегированы и приводятся в виде общего объема вложений в модернизацию конкретного производства, приведшую в числе прочего к повышению его экологической результативности. Поэтому их непосредственное применение для прогнозирования будущих затрат во многих случаях может привести к получению недостоверных результатов и значительному занижению требуемого объема инвестиций.

Затраты на модернизацию предприятий, как правило, содержат значительный валютный компонент, связанный с приобретением, монтажом, наладкой и в некоторых случаях эксплуатацией импортного, в том числе природоохранного, оборудования/технологий, который в силу существенного изменения курсов валют в текущих условиях в рублевом эквиваленте может увеличиться почти кратно. В свою очередь, рублевый компонент, увязываемый со строительством, приобретением работ и услуг на местном рынке, административными расходами и т.д., подвергается воздействию инфляции, что также требует учета при оценке будущих затрат на модернизацию производства и повышение его экологической результативности. Это определяется рядом факторов. Например, многие природоохранные мероприятия связаны со строительством, которое может занимать годы с момента выделения средств в зависимости от размера предприятия и сложности технологических процессов; инфляция, воздействующая на заработную плату, административные расходы и стоимость материалов, может приводить к существенному увеличению объема необходимых затрат в сравнении с первоначально утвержденными.

Сообразный инфляции рост ключевой ставки Банка России и, как следствие, увеличение процентных ставок по розничным кредитам предприятиям обусловливают, по меньшей мере, удлинение периода окупаемости инвестиционных проектов и, тем самым, влияют на оценку доступности вложений в природоохранные мероприятия, оборудование и технологии для конкретных производителей.

Описанные обстоятельства необходимо принимать во внимание при подготовке и принятии решений о реализации природоохранных мероприятий и внедрении методов и технологий, обеспечивающих сокращение эмиссий загрязняющих веществ в окружающую среду. Приведенные в настоящем разделе объемы затрат российских предприятий - производителей меди позволяют получить лишь некоторое представление о потенциальных объемах требуемых инвестиций. Вместе с тем, фактические расходы, связанные с внедрением природоохранных технологий в производство, напрямую зависят от текущих условий, в том числе от общей экономической ситуации, налогового режима, доступности финансовых ресурсов, наличия льгот и субсидий, технических характеристик предприятия и конкретного оборудования.

     6.2 Инвестиционные затраты по заводам по производству меди

Ресурсы, которые предприятия отрасли могут направить на модернизацию производств и реализацию природоохранных мероприятий, напрямую зависят от конъюнктуры рынка меди, являющейся глобальным биржевым товаром. На таком рынке компании-производители меди не обладают хоть сколько-нибудь существенной рыночной властью и не имеют возможности по отдельности воздействовать на цену конечной продукции, что позволило бы в той или иной степени переложить понесенные в связи с реализацией природоохранных мероприятий и внедрением экологически эффективных технологий затраты на потребителя. Также отсутствует и обратная возможность - перенесения части издержек на реализацию природоохранных мероприятий на поставщиков сырья за счет снижения последними цен на сырье - цены на медные концентраты, как и на медный лом, увязаны с котировками на Лондонской бирже металлов.

Это означает, что возможности по компенсации любых существенных затрат, понесенных в связи с реализацией природоохранных мероприятий компаниями-производителями меди, в значительной мере ограничены и преимущественно могут быть реализованы одним способом - за счет увеличения объемов производства.

Усовершенствования "на конце трубы", которые изначально могут казаться относительно более дешевыми и не требовать существенных временных затрат на реализацию, в большинстве случаев приводят к увеличению эксплуатационных расходов и не дают такого повышения эффективности производственного процесса, которое может быть получено в результате внедрения мер, интегрированных в технологический процесс производства продукции. Это также свидетельствует в пользу выбора проектов коренной модернизации производственного процесса при определении мер, направленных на сокращение эмиссий загрязняющих веществ в окружающую среду. Вместе с тем, такой подход связан со значительными капитальными вложениями и иными потерями ввиду необходимости временной остановки производства и перестройки производственного процесса в целом, что обусловливает снижение привлекательности полномасштабной модернизации производства при неблагоприятной рыночной конъюнктуре.

Собственный экономический потенциал природоохранных мероприятий, таких как, например, внедрение малоотходных технологий, производство побочной продукции и (или) полезное использование образующихся в основном производственном процессе отходов в российских условиях следует признать скорее незначительным. С одной стороны, природоохранные технологии во многих случаях характеризуются высокой энергоемкостью, а поддержание оборудования в функциональном состоянии требует регулярных затрат на расходные материалы и комплектующие и иных эксплуатационных затрат; в некоторых случаях при производстве побочной продукции, например, такой как серная кислота, значительные издержки могут возникать и в связи с необходимостью хранения и транспортировки агрессивного вещества. С другой стороны, низкая емкость российских рынков не обеспечивает достаточного спроса для вывода "побочных" производств на экономически эффективный уровень и не сможет гарантировать устойчивое потребление продукции вновь вводимых производственных мощностей, а потенциал выхода на внешние рынки ограничен и малоперспективен с экономической точки зрения.

Таким образом, наибольшим потенциалом с точки зрения возмещения затрат, понесенных в связи с внедрением на предприятии новых природоохранных методов и технологий, обладают комплексные меры, увязывающие экологическую модернизацию производства с перенастройкой производственного процесса в целом, оптимизацией отдельных его звеньев и расширением объемов производства. В этом случае высокие начальные затраты на внедрение интегрированных в производственный процесс природоохранных мер и технологий могут быть в конечном счете возмещены за счет увеличения объемов производимой продукции, повышения эффективности и снижения удельных эксплуатационных расходов. Однако на практике обособление "экологической составляющей" в рамках таких "встроенных" в технологический процесс мероприятий на фоне других капитальных и эксплуатационных расходов представляет собой достаточно сложную задачу.

В свою очередь, потенциал прямой "монетизации" природоохранных мероприятий во многом определяется наличием или отсутствием соответствующих рынков сбыта и, как правило, в отраслях тяжелой промышленности, в том числе в цветной металлургии и производстве меди, невелик.

Указанные выводы подтверждаются, в том числе опытом российских компаний - производителей меди: крупнейшие реализованные и реализуемые проекты модернизации, связанные с существенными вложениями в охрану окружающей среды, предусматривали, прежде всего, наращивание производственных мощностей.

Так, в период 2005-2011 годов была проведена комплексная модернизация медеплавильного, сернокислотного и вспомогательных цехов ОАО "Среднеуральский медеплавильный завод" мощностью 100 тыс. т черновой меди, входящего в состав Уральской горно-металлургической компании (УГМК). Указанный проект, в результате реализации которого производственные мощности предприятия были увеличены в 1,5 раза - до 150 тыс. т черновой меди в год, сопровождался закрытием отражательной печи, являвшейся основным источником эмиссий загрязняющих веществ в атмосферный воздух, вводом в эксплуатацию современных очистных сооружений в цехе двойного суперфосфата, масштабной модернизацией имеющегося оборудования. Ключевым мероприятием в программе модернизации производственных мощностей стало строительство нового сернокислотного цеха, обеспечивающего улавливание 99,8% отходящих серосодержащих газов и позволившего увеличить мощности по производству серной кислоты с 550 до 1140 тыс. т. Совокупные инвестиции в рамках реализации программы модернизации предприятия превысили 8 млрд руб.

На этом же предприятии с целью бесперебойного обеспечения процесса плавки техническим кислородом, который позволяет увеличивать проплав, экономить энергоресурсы, снижать объем газов, а, следовательно, и уровень эмиссии, завершается строительство новой кислородной станции производительностью 12000 м/час. Стоимость кислородной станции оценивается в 800 млн руб.

На другом уральском медеплавильном заводе - ОАО "Святогор" (УГМК) - с целью увеличения производственной мощности с 80 тыс. т черновой меди в год до 105 тыс. т., а также для улучшения экологических показателей работы завода, проводится широкомасштабная реконструкция металлургического производства с реконструкцией серно-кислотного цеха и заменой отражательных печей МПЦ на медеплавильный агрегат "Аусмелт". Реконструкция рассчитана на 5 лет с суммарными инвестициями 6,2 млрд руб.

С целью повышения производительности по черновой меди и улучшению экологических показателей ООО "Медногорский медно-серный комбинат" (УГМК) осуществлен ряд инвестиционных проектов, в том числе:

- строительство нового цеха серной кислоты производительностью 250 тыс. т кислоты (2004-2006 годы) - 1,2 млрд руб.

- строительство склада серной кислоты емкостью 12 тыс. т (2011-2015 годы) - 1,1 млрд руб.

- реализован проект технического перевооружения медеплавильного комплекса, включающий систему сбора и очистки газов и утилизации с целью эффективной переработки полиметаллического сырья (2010-2013 годы) - 1,8 млрд руб.

На головном предприятии Уральской горно-металлургической компании - ОАО "Уралэлектромедь" - в 2012 году введена в эксплуатацию первая очередь цеха электролиза меди проектной мощностью 150 тыс. т медных катодов в год (с увеличением общего объема производства с 350 до 500 тыс. т катодной меди в год), работающая по безосновной технологии производства катодов. Инвестиции по данному проекту составили более 4,4 млрд руб. В цехе осуществляется централизованный сбор и очистка выделяющихся при электролизе газов, что позволило втрое сократить объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. В 2014 году на предприятии начато строительство второй очереди цеха электролиза меди с плановым объемом инвестиций 4,5 млрд руб.

По сообщению пресс-службы "Русской медной компании" (РМК), ЗАО "Карабашмедь", входящее в Группу РМК, в рамках модернизации и технического перевооружения производства планирует в 2015 году запустить второй сернокислотный цех (СКЦ-2). В процессе реконструкции предусматривается строительство сернокислотного производства в составе четырех пусковых комплексов. Строительство нового цеха предполагает практически полную утилизацию (до 99,9%) серосодержащих газов металлургического производства и вывод из эксплуатации старого сернокислотного цеха. Одновременно РМК планировала увеличить к 2015 году производственную мощность "Карабашмеди" с 80 до 120 тыс. т меди. Инвестиции РМК на указанные цели в 2009-2015 годах были запланированы в размере 150 млн долларов США, общая стоимость контракта на поставки оборудования для нового цеха составила более 40 млн долларов США.

По информации, представленной в отчете о корпоративной социальной ответственности за 2014 год, расходы и инвестиции на охрану окружающей среды Группы компаний "Норильский никель" составили 19,4 млрд руб., текущие затраты на охрану окружающей среды составили порядка 14 млрд руб., затраты на выполнение природоохранных мероприятий - 5,4 млрд руб.

Разрабатываемые проекты реконструкции производства серы предполагают сокращение к 2020 году выбросов диоксида серы от печей Ванюкова на Медном заводе до уровня предельно допустимых выбросов. В 2014 году продолжена разработка проектной документации, завершены полевые работы по инженерным изысканиям и обследованиям на площадках предполагаемого строительства на Медном заводе. В настоящее время снижение выбросов диоксида серы в атмосферный воздух на Медном заводе достигается преимущественно за счет переработки сырья с более низким содержанием серы и проведением плановых ремонтов основного технологического оборудования. В данном случае реализация природоохранных мер не увязывается напрямую с увеличением объемов производства меди, что, в числе прочего, обусловлено особенностями производственного процесса и используемого предприятиями Заполярного филиала медно-никелевого сырья - в настоящее время ведутся работы по увеличению мощности пирометаллургического производства по переработке никелевого сырья и оптимизация соответствующих производственных мощностей.

В разработанном ЕС справочнике НДТ для предприятий цветной металлургии приводятся следующие диапазоны удельных затрат на организацию товарной продукции медного производства, в составе которых находятся затраты на природоохранные мероприятия (см. таблицы 6.1-6.3).

Таблица 6.1 - Удельные затраты на строительство и ввод в эксплуатацию сернокислотного цеха на медных производствах

Год ввода установки в эксплуатацию

Удельные затраты, евро на тонну годовой мощности

Годовая мощность производства анодной меди, т/год

Основные объекты инвестиций

1977

2250-2450

70000

Складские помещения и оборудование, печь частичного обжига и электрическая плавильная печь, конвертер Пирса-Смита, анодная печь, установка удаления шлака, двухконтактная сернокислотная установка

1980

2450-2650

150000-160000

Складские помещения и оборудование, плавильная печь Outotec, конвертер Пирса-Смита, анодная печь, установка удаления шлака, двухконтактная сернокислотная установка

1981

1700-1850

280000

Складские помещения и оборудование, плавильная печь Outotec, конвертер Пирса-Смита, анодная печь, установка удаления шлака, двухконтактная сернокислотная установка

1981

2850-3000

100000

Складские помещения и оборудование, печь непрерывной плавки Mitsubishi, конвертер Пирса-Смита, анодная печь, двухконтактная сернокислотная установка

1981

2250-2550

120000

Складские помещения и оборудование, печь INCO, конвертер Пирса-Смита, анодная печь, двухконтактная сернокислотная установка

1992

2150-2250

150000

Складские помещения и оборудование, печь ISASMELT, конвертер Пирса-Смита, анодная печь, установка удаления шлака, двухконтактная сернокислотная установка

1994

2250-2350

285000

Складские помещения и оборудование, печь взвешенной плавки Outotec, конвертер взвешенной плавки, анодная печь, двухконтактная сернокислотная установка

1995

2350-2750

120000

Складские помещения и оборудование, печь взвешенной плавки Outotec, конвертер Пирса-Смита, анодная печь, установка удаления шлака, двухконтактная сернокислотная установка

1997

1950-2150

160000

Складские помещения и оборудование, печь непрерывной плавки Mitsubishi, анодная печь, двухконтактная сернокислотная установка

1998

2550-2650

303000

Печь взвешенной плавки Outotec, конвертер взвешенной плавки, анодная печь, двухконтактная сернокислотная установка

1998

2950-3150

200000

Складские помещения и оборудование, печь непрерывной плавки Mitsubishi, анодная печь, двухконтактная сернокислотная установка

Таблица 6.2 - Удельные затраты на строительство и ввод установок по производству вторичной меди

Год ввода установки в эксплуатацию

Удельные затраты, евро на тонну годовой мощности

Годовая мощность производства анодной меди, т/год

Основные объекты инвестиций

1990

1300-1500

50000

Складские помещения и оборудование, шахтная печь, конвертер, анодная печь

1990

1100-1300

80000-100000

Складские помещения и оборудование, электрическая печь, конвертер, анодная печь

1991

1250-1400

60000

Складские помещения и оборудование, вращающаяся печь с верхним дутьем, анодная печь

Таблица 6.3 - Удельные затраты на строительство и ввод установок электролитического рафинирования меди

Год ввода установки в эксплуатацию

Удельные затраты, евро на тонну годовой мощности

Годовая мощность производства катодной меди, т/год

Основные объекты инвестиций

1976

470

380000

Традиционный процесс с использованием медной основы и механизация

1987

550-600

40000

Процесс ISA с постоянной основой

1990

400-450

180000

Процесс ISA с постоянной основой

1993

450-480

150000

Процесс ISA с постоянной основой

1994

650

280000

Совершенствование/расширение действующего производства, базирующегося на подходе Kidd Creek с использованием постоянной основы

1996

400-450

200000

Процесс ISA с постоянной основой

Кроме того, для целей масштабирования затрат на производственные объекты большей или меньшей мощности рекомендуется использование расчетного коэффициента, исчисляемого по следующей формуле:


где - искомые затраты на установку производительностью у ;

- затраты по известному аналогичному проекту на установку производительностью х , приведенные к ценам текущего года в соответствии с коэффициентами изменения сметной стоимости, определяемыми Минстроем России и Минпромторгом России;

у - производительность установки у ;

х - производительность установки х ;

е - грубый коэффициент приближения, находящийся в диапазоне 06-1,0 в зависимости от объема выпуска товарной продукции, усредненное значение которого для небольших заводов полагается равным 0,6; для заводов производительность которых повышается в результате увеличения мощности основной технологической линии; находится в пределах от 0,6 до 0,7; для крупных и очень крупных заводов, где различные линии дублируются для увеличения производительности, применима величина е в диапазоне от 0,8 до 1.

Как было указано выше, приведенные сведения не позволяют явным образом разделить капитальные затраты на расходы на приобретение оборудования по предотвращению или снижению объемов загрязнений и иными расходами, в том числе - на управление процессом или пуско-наладочный процесс. В то же время, приведенные примеры позволяют получить общее представление о масштабах затрат, которые могут возникнуть в случае реализации природоохранных мероприятий в качестве неотъемлемой части проектов комплексной модернизации производственных мощностей, обладающих наибольшим потенциалом с точки зрения повышения или сохранения экономической эффективности и экологической результативности производства.

     6.3 Данные о затратах на природоохранные мероприятия

Ниже в таблицах 6.4-6.5 представлены укрупненные данные о затратах на реализацию отдельных природоохранных мероприятий российских производителей меди.

Таблица 6.4 - Описание технологических мероприятий, направленных на улучшение экологических показателей медного производства

Описание мероприятия

Эффект от внедрения

Капитальные затраты, тыс.руб.

Годы внедрения

Организация замкнутой водооборотной системы охлаждения плавильного агрегата

Исключение износа трубопроводов из-за окисления оборотной воды. Снижение потерь воды

80515

2012-2013

Установка горячих электрофильтров для очистки конвертерных газов

Стабилизация технологического процесса, снижение уровня эмиссий, получение дополнительной товарной продукции

297000

2016

Реконструкция газоходных трактов от сушильных печей, систем очистки от пыли и замена дымовой трубы для участка сушки шихты мощностью 180 т/час.

Улучшение показателей работы пылеочистного оборудования, исключение сброса кислых стоков

93305

2011-2016

Реконструкция газоходных трактов от печей до промывного отделения цеха серной кислоты

Обеспечение манометрического режима в газоходах печей, ЦСК, снижение низовых выбросов SO

84203

2012-2016

Строительство (реконструкция) очистных сооружений для очистки ливневых, дренажных и дебалансовых вод

Достижение нормативов ПДС

1111014

2006-2017

Система сбора и транспортировки поверхностного стока с территории промышленной площадки

Исключение рассредоточенного сброса ливневых сточных вод

669850

2008-2020

Очистные сооружения хозяйственно-бытовых стоков

Снижение сбросов загрязняющих веществ, предотвращение ущерба водным объектам

400000

2017-2020

Установка нового рукавного фильтра для анодной печи

Исключение загрязнения воздушного бассейна

67000

2013-2014

Таблица 6.5 - Описание технических мероприятий, направленных на сокращение эмиссий загрязняющих веществ в атмосферный воздух, повышение энергоэффективности и ресурсосбережение

Описание мероприятия

Эффект от внедрения

Капиталь-
ные затраты, тыс.руб.

Эксплуа-
тационные затраты, тыс.руб.

Снижение эмиссий основных загрязняющих веществ, т/год

Энергоэф-
фективность, отн. ед.

Ресурсо-
cбереже-
ние, отн. ед.

Техническое перевооружение системы аспирации с заменой циклонов, установкой рукавных фильтров, мокрых пылеуловителей

Уменьшение выброса пыли на 4255,3

-

-

175133

Установка рукавного импульсного фильтра с узлом затаривания пыли производительностью по очищаемому газу 290 тыс. м/ч, Т не более 240°С

5781,4

-

-

229015

Установка рукавного импульсного фильтра производительностью по очищаемому газу 100 тыс. м/ч (2x100=200 тыс. м/ч)

2534,5

-

-

28870

Установка системы испарительного охлаждения плавильного агрегата

За счет охлаждения - снижение объемов газов, подаваемых на переработку

Выработка пара 20 т/час

-

113042

Установка блочных пылеулавливающих установок (4 шт.)

89,7

-

-

5191

Установка модуля очистки газа МО 2000

21,5

-

-

4004

Установка фильтра рукавного с импульсной продувкой рукавов ФРИ-С-0013-0204

13,9

-

-

2405

Техническое перевооружение гидрометаллургического отделения

Увеличение переработки пыли на 2500 т/год

30496

Увеличение мощности сушильного отделения с установкой роторного загрузчика и заменой газовых горелок в сушильной печи

-

-

423,1 тыс. м/год природного газа

17498

-

Внедрение установки автоматической системы контроля и дозирования реагентов для водоподготовки в оборотной системе водоснабжения

-

227,448 тыс.
кВт·ч/год

-

511

-

Замена напыльника конвертера

-

Выработка пара 10 т/час

-

8831

-

     Раздел 7. Перспективные технологии

К перспективным технологиям в российских методических документах по НДТ (в частности в ПНСТ 21-2014 "Наилучшие доступные технологии. Структура информационно-технического справочника") предлагается относить "...технологии, которые находятся на стадии научно-исследовательских, опытно-конструкторских работ или опытно-промышленного внедрения, позволяющие повысить эффективность производства и сократить эмиссии в окружающую среду".

Несколько иное определение аналогичного понятия используется в Евросоюзе (Ст.3, 14 Директивы о промышленных эмиссиях). В этой директиве под "разрабатываемыми/появляющимися методами/технологиями" понимаются новаторские методы/технологии для определенного вида промышленной деятельности, которые при их коммерческом использовании могут обеспечить более высокий общий уровень охраны окружающей среды или, по крайней мере, такой же уровень охраны окружающей среды при достижении повышенной по сравнению с существующими НДТ экономией затрат.

В любом случае речь идет о методах/технологиях, которые, при соответствующих условиях могут быть освоены в отрасли в обозримом будущем.

В справочнике ЕС по НДТ для предприятий цветной металлургии для всей отрасли приводится одна такая технология - процессы LUREC® и BAYQIK® для преобразования высококонцентрированного диоксида серы в серную кислоту (с некоторыми эксплуатационными и стоимостными характеристиками). Что касается медной подотрасли, то вся информация ограничена упоминанием работ по совершенствованию методов плавки в жидкой ванне и разработки новых гидрометаллургических процессов для определенных типов руд.

При подготовке настоящего справочника НДТ, базирующегося на окончательной версии проекта справочника ЕС, в целях определения НДТ проводилось анкетирование российских предприятий медной подотрасли, которое позволило выявить, какие из применяемых на российских предприятиях НДТ из справочника ЕС: (а) используются в настоящее время, (б) в настоящее время не используются, но при соответствующих условиях могут быть использованы в обозримом будущем, (в) не могут быть использованы в российских условиях. НДТ, отнесенные к категории (б), было решено рассматривать в качестве перспективных и включить в настоящий раздел.

Приведенные ниже краткие описания таких методов/технологий соответствуют кратким описаниям (или отдельным позициям кратких описаний) НДТ из справочника ЕС. После номера перспективной технологии приведены соответствующие номера кратких описаний НДТ из справочника ЕС в формате (ВАТ х х ).

     7.1 Энергоменеджмент и энергия

Перспективная технология 1. (ВАТ 2 р ) Повышение эффективности использования энергии: использование систем контроля, которые автоматически активируют включение местных отсосов пыли или отходящих газов только при возникновении выбросов.

Перспективная технология 2. (ВАТ 21 а, е ) Повышение эффективности использования энергии при первичном производстве меди:

- использование печей взвешенной плавки;

- использование тепла газов из каскада анодных печей для других процессов, например сушки.

     7.2 Неорганизованные эмиссии

Перспективная технология 3. (ВАТ 7 р ) Уменьшение неорганизованных выбросов, образующихся при хранении сырья: размещение продольной оси кучи хранящегося навалом материала параллельно преобладающему направлению ветра.

Перспективная технология 4. (ВАТ 8 i, k, m ) Уменьшение неорганизованных эмиссий, образующихся при обработке и транспортировке сырья:

- уменьшение высоты падения с конвейерных лент, механических лопат или захватов;

- минимизация скорости спуска или свободного падения материалов с высоты;

- автоматическая вторичная герметизация соединений транспортных (трубопроводных) систем.

Перспективная технология 5. (ВАТ 27 с, h ) Уменьшение неорганизованных выбросов от конверторных печей Пирса-Смита при первичном и вторичном производстве меди:

- обогащение кислородом;

- применение вторичных вытяжных зонтов с механическим приводом для их перемещения в зависимости от стадии процесса с целью повышения эффективности сбора вторичных выбросов.

Перспективная технология 6. (ВАТ 29 ) Уменьшение неорганизованных выбросов при конверторной плавке штейна: использование конвертеров взвешенной плавки.

Перспективная технология 7. (ВАТ 30 g ) Уменьшение неорганизованных выбросов от конверторов с верхним дутьем при вторичном производстве меди: использование систем всасывания повышенной мощности.

Перспективная технология 8. (ВАТ 33 а, b ) Уменьшение неорганизованных выбросов от разливки анодов при первичном и вторичном производстве меди:

- использование закрытых разливочных устройств;

- использование закрытого промежуточного ковша.

Перспективная технология 9. (ВАТ 35 ) Уменьшение неорганизованных выбросов при литье медных сплавов:

- использование укрытий или вытяжных зонтов с отведением газов в систему Газоочистки;

- использование укрытий для расплавов в изложницах и в литейных печах;

- использование систем всасывания повышенной мощности.

Перспективная технология 10. (ВАТ 36 b ) Уменьшение неорганизованных выбросов при некислотном и кислотном травлении: закрытая линия травления с системой отведения газов на систему очистки выбросов.

     7.3 Улавливание выбросов пыли

Перспективная технология 11. (ВАТ 38 ) Снижение выбросов пыли и металлов, образующихся от сушки концентрата при первичном производстве меди: использование рукавного фильтра.

Перспективная технология 12. (ВАТ 43 ) Снижение содержания пыли и металлов в первичных и вторичных выбросах, образующихся от выплавки анодов при первичном и вторичном производстве меди: использование мокрого скруббера или влагоуловителя.

     7.4 Выбросы органических соединений

Перспективная технология 13. (ВАТ 46 с ) Снижение риска выброса в воздух органических соединений при сушке, обезжиривании и плавлении вторичного сырья: введение абсорбента в сочетании с рукавным фильтром.

Перспективная технология 14. (ВАТ 48 i, j ) Снижение риска выброса в воздух полихлордибензодиоксинов/фуранов (ПХДД/Ф) при расплавлении, выплавке, огневой обработке и конверторной плавке меди:

- быстрое охлаждение;

- использование эффективных систем сбора пыли и впрыска поглощающих реагентов.

     7.5 Сокращение выбросов NO

Перспективная технология 15. (ВАТ 11 ) Снижение риска выброса в воздух NO от пирометаллургических процессов: повторное прохождение отходящих газов через горелки для снижения температуры пламени.

     7.6 Охрана почвы и подземных вод

Перспективная технология 16. (ВАТ 52 а ) Предотвращение загрязнения почвы и подземных вод при флотационном извлечении меди из шлака: использование дренажной системы в зоне охлаждения.

     7.7 Сбросы сточных вод

Перспективная технология 17. (ВАТ 15 е, f, g ) Сокращение сбросов загрязняющих веществ со сточными водами: очистка сточных вод, образующихся при производстве цветных металлов с целью удаления металлов и сульфатов. Использование следующих методов очистки:

- ультрафильтрация;

- фильтрация через активированный уголь;

- обратный осмос.

Перспективная технология 18. (ВАТ 54 а, е ) Снижение образования сточных вод при первичном и вторичном производстве меди:

- использование парового конденсата, применяемого для нагрева электролизеров, для промывки медных катодов;

- использование центрифугирования для обработки образующихся при промывке и осаждении шламов.

     Раздел 8. Производственный экологический контроль

В соответствии с действующими нормативными требованиями для производственных объектов их операторами должны разрабатываться и реализовываться программы производственного экологического контроля (ПЭК), предусматривающие проведение измерений и сопоставление с нормативными значениями факторов, оказывающих воздействие на здоровье людей и качество окружающей среды, как на самих объектах, так и в ближайших окрестностях (на границе санитарно-защитной зоны, на водозаборах и выпусках сточных вод). Полномочия по мониторингу состояния окружающей природной среды, в частности показателей эмиссий некоторых загрязняющих веществ, по действующему законодательству закреплены за федеральными уполномоченными органами, такими как Росгидромет, Росприроднадзор, Росводресурсы, Роспотребнадзор и др., а также соответствующими региональными и муниципальными органами.

С целью идентификации потенциальных источников организованных и неорганизованных эмиссий и проведения различий между ними при разработке нормативов допустимого воздействия применяются такие исследования, как моделирование рассеивания выбросов в атмосфере или изучение переноса загрязняющих веществ в водных объектах.

Данные государственного мониторинга состояния окружающей среды могут использоваться уполномоченными контролирующими органами в целях государственного экологического контроля для сопоставления с установленными для конкретных производственных объектов нормативами допустимого воздействия. В зарубежной практике эти данные все чаще используются также и при разработке механизмов установления квот на эмиссии определенных загрязняющих веществ для операторов промышленных объектов с целью определения общих допустимых для конкретных территорий (акваторий) объемов таких эмиссий и их распределения по отдельным производственным объектам.

В тех случаях, когда проводить такой мониторинг позволяет расположение точек отбора проб, результаты государственного экологического мониторинга могут быть использованы при оценке эмиссий конкретного производственного объекта при условии, что измеряемые загрязняющие вещества специфичны для соответствующей отрасли.

Таким образом, главной целью проведения измерений в рамках программы ПЭК является оценка содержания в атмосферном воздухе, в воде водных объектов и в почве некоторых компонентов эмиссий (например, металлов и пыли), характерных для технологических процессов, реализуемых на конкретном производственном объекте, относящемся к той или иной отрасли производства. В общем случае основными направлениями производственного экологического контроля являются:

- ведение мониторинга состояния атмосферного воздуха и уровня шума на границе санитарно-защитной зоны;

- контроль выбросов загрязняющих веществ от источников на производстве;

- контроль качества сточных вод, сбрасываемых на очистные сооружения от технологических установок и других объектов предприятия;

- контроль эффективности работы пыле- и газоочистных и водоочистных установок;

- контроль качества сточных вод, сбрасываемых в поверхностные водоемы, и влияния этих вод на состояние водоемов;

- контроль качества оборотной воды;

- контроль качества поступающей воды (из источников питьевого водоснабжения, водозаборов из водных объектов и т.п.);

- наблюдение за состоянием почв, подземных и поверхностных вод в зоне влияния площадок хранения сырья, промежуточных, побочных продуктов и отходов и объектов захоронения отходов.

Настоящий раздел призван обеспечить такие измерения показателей эмиссий, используемых в настоящем справочнике НДТ, чтобы результаты этих измерений были представлены в типовом виде, взаимно сопоставимы и ясно описывали текущее состояние производственного объекта.

Измерение состава эмиссий используется для определения веществ, содержащихся в очищенных газах или стоках, в таком виде, чтобы данные о них могли быть включены в отчетность, использованы для производственного экологического контроля, в том числе контроля работы очистных сооружений и для прогнозирования воздействия на окружающую среду. Общее описание применимых методов содержится в многочисленных международных методиках, утвержденных, в частности стандартами ISO и CEN, в российских методических и нормативных методических документах, принятых соответствующими уполномоченными органами, а также внутренними корпоративными стандартами и процедурами.

Перед выполнением замеров при их планировании следует учитывать:

- режим эксплуатации оборудования;

- эксплуатационные характеристики газоочистных и водоочистных сооружений;

- эксплуатационные характеристики завода (непрерывный режим, периодический режим, операции запуска и останова, изменения загрузки);

- эффект термодинамической интерференции факторов.

Разбавление газов или сточных вод не считается приемлемым методом. Необходимо принимать во внимание такие факторы, как изменение процессов; характер и потенциальная опасность воздействия на окружающую среду; время, необходимое для получения измеримого количества загрязняющего вещества или репрезентативной информации. Эти факторы могут сформировать основу для выбора условий эксплуатации, при которых может быть зафиксирован наивысший уровень эмиссий, количество и продолжительность измерений, наиболее приемлемый метод измерений и расположение точек взятия проб. Для измерения характеристик сточных вод могут использоваться квалифицированные разовые пробы, либо усредненные за 24 ч пробы на основе пропорциональных объему потока или усредненных по времени образцов.

Для непрерывных операций минимально необходимое время отбора проб, либо производства измерений обычно составляет полчаса (усредненное получасовое значение). Если содержание загрязняющих веществ невелико, в связи с ограниченной возможностью их обнаружения может потребоваться более длительный период измерений и, следовательно, другое время сопоставления. Отбор проб или измерения должны проводиться только во время работы производственного оборудования, разбавление воздухом должно быть исключено. Для непрерывных операций, когда имеются только небольшие флуктуации в характеристиках эмиссий, может быть выполнено три отдельных измерения при наивысшем уровне эмиссии. Если ожидается, что значения показателей эмиссий могут сильно изменяться в ходе непрерывного производства, может быть выполнено больше измерений; при этом время отбора проб и усреднения должно быть ограничено временем непосредственно эмиссии.

Для периодических процессов периоды измерения и усреднения должны быть модифицированы таким образом, чтобы проба или пробы могли быть взяты для всей партии. Эти результаты могут быть использованы для подсчета средних значений и для демонстрации того, где в ходе технологического цикла случаются пики.

В настоящем разделе рассматриваются следующие основные вопросы:

- определение перечней контролируемых в составе эмиссий загрязняющих веществ;

- определение технологических параметров (диапазонов значений загрязняющих веществ в составе эмиссий), которые будут использоваться для установления технологических нормативов эмиссий при выдаче комплексных разрешений;

- описание общих подходов к организации измерений в ходе производственного экологического контроля, включая измерение организованных и неорганизованных эмиссий, проведение периодических и непрерывных измерений;

- взаимосвязь между показателями концентрации, массы эмиссий и удельных эмиссий.

     8.1 Измеряемые компоненты и их нормативные значения

В европейском законодательстве по НДТ (Директива ЕС по промышленным выбросам, 2010 год, а также более ранние директивы) устанавливается общий список загрязняющих веществ для всех промышленных установок, подпадающих под данный вид регулирования. В список по выбросам входит 13 общих позиций, а по сбросам - 12. Эти позиции уточняются в отраслевых справочниках по НДТ, в которых в качестве соответствующих НДТ диапазонов показателей рекомендуются значения концентрации в эмиссиях 10-15 конкретных веществ, соответствующих общим позициям Директивы.

_______________

В Российской Федерации такие общие перечни устанавливаются не в законе о переходе на технологическое нормирование (закон N 219-ФЗ), а в разработанном МПР распоряжении Правительства (N 1316-р от 8 июля 2015 г.). Прилагаемый к нему общий перечень контролируемых загрязняющих веществ для атмосферного воздуха содержит 254 позиции, для водных объектов - порядка 250. Кроме того, установлен перечень и для почв - более 60 позиций.

В приведенных ниже таблицах 8.1 и 8.2 сравниваются зарубежные технологические показатели концентрации загрязняющих (маркерных) веществ, используемые для определения технологических нормативов эмиссий, соответствующих НДТ по производству меди, с российскими нормативами ПДК для выбросов (санитарно-эпидемиологическими) и сбросов (водохозяйственными и рыбохозяйственными).

Таблица 8.1 - Значения содержания загрязняющих веществ в атмосферных выбросах, образующихся при выплавке и рафинировании меди, соответствующие зарубежным показателям НДТ и российским ПДК загрязняющих веществ в воздухе населенных мест (среднесуточное значение в мг/нм))

Загрязняющее вещество

Технологические процессы

ЕС/МФК

Германия [59]

Канада [60]

Финлян-
дия [61]

Россия [62]

2001 [63], [64]

2014 проект [55]

Первичная выплавка и конверти-
рование при содержа-
нии SO в отходящих газах

1%

-

 4%

>99,1%

100-450

0,05

>5%

>99,7%

200-770

0,05

Вторичная выплавка и конвертирование, первичное и вторичное пирометаллурги-
ческое рафинирование, электролитическая очистка и плавление шлаков

50-200

200-500

200-500/800

300

80-250

0,05

NO

100-300

100-500

200-500/570

0,04

Пыль

1-5

10

10/20

120

1-10

0,035/0,06

Общий органический углерод (в пересчете на С)

5-15/5-50

5-50

23/50

50

1

Диоксины, нгТЭ/м

0,1-0,5

0,1-0,5

0,5

0,1-0,5

0,5

Кислые газы (в пересчете на HSO)

Гидрометаллургические процессы или процессы электролитичес-
кого выделения

50

50

50

0,1

ЛОС/раствори-
тели (в виде соединений)

5-15

1-50

Ртуть

Все процессы

0,02-0,05

0,2

0,01 т/год

0,0003

Медь (Сu)

0,02-1

5

3,6 т/год

0,001/0,002

Никель (Ni)

0,01-0,1

1

5

3,6 т/год

0,001

Цинк (Zn)

0,01-0,5

3,6 т/год

0,003/0,05

Свинец (Рb)

0,01-0,4

5

2

1,08 т/год

0,0003

Мышьяк (As)

0,01-0,15

1

0,3

1,8 т/год

0,0003

Кадмий (Cd)

0,001-0,05

0,2

2

1,08 т/год

0,0003

Эффективность нейтрализации выбросов SO

Единые для всей территории Российской Федерации нормативы предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест

Цифры, оттененные цветом*, соответствуют общим (не для НДТ) нормативам, утвержденным в законодательстве Германии

В Российской Федерации общий норматив ПДК на ЛОС (летучие органические соединения) отсутствует. В общий перечень ЛОС, для которых приняты нормативы ПДК или ОБУВ (ориентировочно безопасных уровней воздействия), входит 702 позиции. При этом только для десятка позиций (фреонов, скипидара и пентана) значения ПДК составляю единицы (от 10 до 25). Для всех остальных позиций они составляют доли единицы (вплоть до десятитысячных). В справочнике [63] приводится лишь процентное соотношение различных металлов в выбрасываемой пыли для основных типов процессов. По данным таблиц 3.13 (для вторичной) и 3.15 (для первичной) выплавки меди, содержащих информацию по достижимым уровням концентрации диоксинов и металлов в конечных выбросах для некоторых процессов

_______________

* В таблице 8.1 выделение цветом в бумажном оригинале отсутствует. - Примечание изготовителя базы данных.


Таблица 8.2 - Значения содержания загрязняющих веществ в сбрасываемых в водные объекты стоках, образующихся при выплавке и рафинировании меди, соответствующие зарубежным показателям НДТ и российским хозпитьевым и рыбохозяйственным ПДК (среднесуточное значение ПДК в мг/л)

Загрязняющее вещество

ЕС/МФК

Германия [59]

Канада [60]

Финляндия [61]

Россия

2001 [63], [64]

2014 проект [55]

Хозпитьевые [65]

Рыбхоз [66]

Медь (Сu)

0,1

0,5

0,5

4

3,6 т/год

1

0,001

Никель (Ni)

0,1

0,5

0,5

0,5

3,6 т/год

0,02

0,001

Цинк (Zn)

0,13

1

1

30

3,6 т/год

1

0,01

Свинец (Рb)

0,05

0,5

0,5

1-7

1,08 т/год

0,01

0,006

Мышьяк (As)

0,01

0,3

0,1

5

1,8 т/год

0,01

0,05

Кадмий (Cd)

0,05

0,1

0,2

0,02

0,108 т/год

0,001

0,005

Ртуть (Hg)

0,01

0,05

0,05

0,03

0,01 т/год

0,01

0,0001

рН (единиц)

6-9

6-9,5

6,5-8,5

Общее содержание взвешенных твердых частиц

20

15

0,25/0,75

ХПК

50

40

15/30

Общие нормативы для производства любых цветных металлов, приведенные в руководстве МФК [64].

Единые для всей территории Российской Федерации нормативы предельно допустимых концентраций (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования [65] и нормативы ПДК вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения [66].

Цифры, оттененные цветом*, соответствуют нормативам, принятым в России для водных объектов культурно-бытового водопользования.

_______________

* В таблице 8.2 выделение цветом в бумажном оригинале отсутствует. - Примечание изготовителя базы данных.

Количественно в большинстве случаев российские нормативы ПДК существенно (иногда на несколько порядков) жестче зарубежных технологических нормативов. Однако, строго говоря, такое прямое сопоставление непредставительно. Российские нормативы ПДК устанавливаются, исходя из критерия риска для биологических объектов, прежде всего, рисков для здоровья человека, в то время как технологические нормативы определяются на основе показателей экологической результативности для НДТ предприятий конкретной отрасли промышленности (производства). В то же время, при определении, например, нормативов предельно допустимых выбросов для конкретных предприятий применяемые российские методики расчетов позволяют вычислить такие их значения, которые могут на порядки превышать зарубежные технологические нормативы. Это лишний раз свидетельствует в пользу перехода к технологическому нормированию, когда нормативы не "вычисляются" на базе ПДК, а выбираются из значений технологических показателей, достигаемых на лучших по экологической результативности предприятиях отрасли.

На начальном этапе внедрения технологического нормирования эти нормативы хотя и будут менее жесткими, чем зарубежные, но зато будут отражать реальный уровень технологического развития, характерный на сегодня для конкретной отрасли. Дальнейший прогресс и улучшение показателей экологической результативности уже будут отсчитываться, отталкиваясь от реально достижимого уровня.

На основании данных анкетирования предприятий медной подотрасли, проведенного при разработке настоящего справочника НДТ, была сформирована сводная таблица (см. таблицу 8.3), отражающая сложившуюся в отрасли практику нормирования и ПЭК по конкретным загрязняющим веществам, содержащимся в выбросах.

Таблица 8.3 - Контролируемость загрязняющих веществ из перечня ЕС на медеплавильных предприятиях в Российской Федерации

Загрязняющие вещества

N предприятия

1

2

3

4

5

6

7

8

Принятие в качестве маркера

Пыль

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Мышьяк и его соединения (в пересчете на As)

+

-

+

-

-

+

+

+

+

Кадмий и его соединения (в пересчете на Сd)

+

-

+

+

+

-

-

-

+

Медь и ее соединения (в пересчете на Сu)

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Свинец и его соединения (в пересчете на Рb)

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Другие металлы (значимые)

Fe

-

-

Fe, Ni, Mn, Сr,
Al,
Zn

Fe,
Zn

Zn

Ni

Fe

Ni, Zn

Ртуть и ее соединения (в пересчете на Hg)

-

-

-

-

<