Сжигание топлива в обрабатывающей промышленности (стр. 17 )

В данном разделе обсуждаются выбросы при сгорании топлива на заводах первичного производства меди и при промышленных процессах.

2 ВКЛАД В СУММАРНЫЕ ВЫБРОСЫ

Выбросы диоксида серы при производстве цветных металлов, в частности, меди, составляют менее 10% от общих мировых выбросов этого загрязняющего вещества. Однако, печи для выплавки меди могут быть наиболее важным источником диоксида серы в некоторых регионах, например, на Кольском полуострове, на Урале, и Норильском регионе России, в Ферганском регионе, Нижней Силезии в Польше и в Гийоне в Испании.

Доля выбросов от первичного производства меди в общих выбросах по данным инвентаризации CORINAIR90 представлена в таблице 1:

Таблица 2.1: Доля в суммарных выбросах, согласно данным инвентаризации CORINAIR’90 (28 стран)

Категория источника	SNAP-код	Доля в суммарных выбросах [%]
SO2	NOx	НMЛOC	CH4	CO	СО2	N2O	NH3
Первичное производство меди	030306	0,1	0	-	-	0,2	0	-	-

0 = величина ниже допустимого предела округления (0,1%)

- = нет данных о выбросах

В медной руде в виде примесей содержатся различные элементы. В процессе производства меди они выбрасываются в атмосферу. Этот процесс является основным источником атмосферных выбросов мышьяка и меди (около 50% мировых выбросов), индия (почти 90%) и значительным источником выбросов сурьмы, кадмия и селена (около 30%), а также никеля и олова (около 10%) [Nriagu и Pacyna, 1988]. Кроме того, производство меди (и никеля) является основным источником выбросов этих и других элементов в регионах с развитым производством цветных металлов. Доля выбросов примесей металлов при первичном производстве меди в общих выбросах в Европе представлено в таблице 2.2:

Таблица 2.2: Доля выбросов примесей металлов в суммарных выбросах Европы в начале 1990-х годов (Pacyna, 1996 г.)

Категория источника	SNAP-код	Доля в суммарных выбросах [%]
As	Cd	Pb	Zn
Первичное производство меди	030306	29.4	10.5	4,8	6,2

Маловероятно, что первичное производство меди будет представлять собой существенный источник гексафторида серы (SF6), фторуглеводорода (ГФУ) или перфтороуглерода (ПФУ), (ETC/AEM-CITEPA-RISOE 1997).

3 ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ

3.1 Описание

Традиционный пирометаллургический процесс плавления меди показан на рис.3.1 [EPA, 1993 г.]. Обычно черновая медь проходит очистку в анодной печи, отливается в «аноды» и направляется на электролитическую очистку для дальнейшего удаления примесей. В современных плавильных печах рудный концентрат получают в сушилках с псевдоожиженным слоем с последующей продувкой в конвертере и очисткой сухого продукта традиционными способами [EPA, 1993 г.].

Медные концентраты, содержат обычно 20-30% Cu. При обжиге обогащенный продукт, смешанный с кремнеземными флюсами, нагревается в воздушной среде до температуры около 6500С, при этом удаляется от 20 до 50% серы и часть летучих микроэлементов. Сухой продукт обжига направляется в плавильную печь.

При плавлении продукт обжига плавится с кремнеземными флюсами в плавильной печи во взвешенном состоянии до получения медного штейна, расплавленной смеси сульфида меди, сульфида железа и некоторых микроэлементов. Медный штейн содержит обычно от 35 до 65% меди. Источником тепла служит частичное окисление сульфида и сгорание топлива. В настоящее время используется несколько технологий плавления, включая плавление в отражательной печи, плавление в печи во взвешенном состоянии (коммерческое применение находят два процесса: процесс INCO и процесс OUTOKUMPU), а также Noranda и электрические процессы.

В процессе, основанном на использовании отражательных печей, источником тепла является сжигание нефтепродуктов, газа или измельченного угля. Температура в печи может достигать 15000С. При плавлении в печи во взвешенном состоянии происходит обжиг и плавление, при этом из концентрата и флюса получается медный штейн высокого качества. В большинстве печей этого типа источником тепла является частичное окисление сульфида, при этом обеспечивается большая часть необходимой энергии. Температура в печи между 1200 и 13000С. Преимуществом процесса Noranda является то, что источником энергии является медная руда. Остальная энергия обеспечивается за счет горения нефтепродуктов или угля, смешанного с медными концентратами. При плавлении в электрических дуговых печах тепло вырабатывается за счет электричества в угольных электродах, опущенных через крышку печи и погруженных в слой шлака в ванне [например, EPA, 1993 г.; UNECE, 1994 г.].

Все вышеупомянутые операции, связанные с плавлением, являются источником выбросов микроэлементов. При плавлении в печах во взвешенном состоянии образуются отходящие газы, содержащие диоксид серы высокой концентрации. Электрические дуговые печи, напротив, не являются источниками отходящих газов, поэтому скорости потока, а также концентрация диоксида серы в этом случае меньше.

Бессемерование

Рисунок 3.1 Процесс в плавильной печи при первичном производстве меди (адаптирован из EPA, 1993 г.)

Заключительной стадией в производстве черновой меди является продувка в конвертере (бессемерование). В этом процессе удаляется остаток железа и серы из медного штейна, и остается расплавленная черновая медь. Черновая медь обычно содержит от 98,5 до 99,5% чистой меди и примеси, состоящие из золота, серебра, сурьмы, мышьяка, висмута, железа, свинца, никеля, селена, серы, теллура и цинка. Существуют различные технологии конвертирования. Температура в конвертере достигает 11000С.

3.2 Определения

Обжиг Высокотемпературный процесс, при котором из рудного концентрата образуется продукт обжига.

Плавление Высокотемпературный процесс получения медного штейна из обожженного и необожженного (сырого) рудного концентрата.

Бессемерование Высокотемпературный процесс получения черновой меди из медного штейна.

Штейн Промежуточный продукт плавления сульфидов

3.3 Технологии

Описание технологии процесса первичного производства нефти представлено в разделе 3.1.

3.4 Выбросы

Выбрасываемые загрязняющие вещества: оксиды серы (SOx), оксиды азота (NОx), ЛОС (неметановые ЛОС и метан (CH4)), оксид углерода (СО), диоксид углерода (СО2), закись азота (N2O), трассерные элементы и некоторые устойчивые органические соединения (СОЗ). По данным CORINAIR90 основным загрязняющими веществами является SO2 и СО и некоторые трассерные элементы (см. также таблицу 2.1). Что касается СОЗ, то это, в основном, диоксины и фураны из шахтной печи, конвертеров и пламенных печей.

Медеплавильные заводы являются источником оксидов серы (SOx). Выбросы происходят из обжиговых, плавильных печей и конвертеров. Летучие выбросы образуются при погрузке и разгрузке материалов. Во время других операций по плавлению используется материал с низким содержанием серы, и при этом образуются незначительные выбросы SO2 [ЕРА, 1995 г.]. В этом разделе рассматриваются только выбросы при контактных процессах сжигания.

В таблице 3.1 приведены средние концентрации SO2 в различных блоках плавильной печи.

Можно предположить, что в концентрациях SO2, приведенных в таблице 3.1, учитываются выбросы от серы, содержащейся в топливе и руде.

Таблица 3.1: Обычные средние концентрации SO2 в отходящих газах от источников первичного производства меди [ЕРА, 1995]

Источник	Концентрация SO2 [объем-%]
Обжиговая многоподовая печь Обжиговая печь с псевдоожиженным слоем Отражательная печь Электродуговая печь Плавка во взвешенном состоянии Печь для переплавки непрерывного действия Конвертер Пирса-Смита Конвертер Хобокен Установка H2SO4 с единичным контактом Установка H2SO с двойным контактом	1,5-3 10-12 0,5-1,5 4-8 10-70 5-15 4-7 8 0,2-0,26 0,05

3.5 Меры по снижению выбросов

Сокращение выбросов на медеплавильных заводах подразумевает уменьшение выбросов диоксида серы и макрочастиц из печей для обжига, плавильных печей и технологического оборудования. Уменьшение выбросов диоксида серы достигается путем абсорбции серной кислоты установками по производству серной кислоты, которые являются обычно частью медеплавильных заводов. Выбросы из отражательной печи содержат минимальные количества SO2 и обычно выбрасываются непосредственно в атмосферу без мер уменьшения содержания SO2. Выбросы из других печей медеплавильных заводов содержат более высокие концентрации SO2 и они обрабатываются на установках по производству серной кислоты. Установки с одноконтактным производством серной кислоты перерабатывают от 92,5 до 98% SO2, содержащегося в отходящих газах. Двухконтактные заводы собирают от 98% до более 99% SO2. Поглощение SO2 в растворе диметиланилина используется для производства жидкого диоксида серы на заводах США [EPA, 1995 г.].

Обычно аппаратами, сокращающими выбросы макрочастиц, являются электрофильтры (ESPs). Эффективность очистки (КПД) ESPs обычно достигает около 99%. Необходимо добавить, что большинство микроэлементов конденсируется на очень мелких частицах диаметром <1.0 mm, и КПД для этих частиц меньше, около 97% [Pacyna, 1987a].