Основательно навредив окружающей среде и в значительной степени исчерпав ресурсы природных ископаемых, человечество только в XXI веке пришло к осознанию суровой необходимости дальнейшего резкого ужесточения экологической политики производств. Дополнительный стресс привносит стойкая и не уходящая, вопреки громким заявлениям, тенденция к кризису мировой экономики – ведь всем известно, что природоохранные технологии и оборудование хоть и жизненно необходимы, тяжелым грузом висят на производстве, отгрызая добротный кусок финансового ресурса.
Однако, в некоторых случаях эти противонаправленные векторы удается развернуть в нужную сторону. В частности, такой выгодный поворот можно ожидать в металлообработке. Особенно в ситуации, когда в очередной раз ужесточились природоохранные нормы в отношении отходов металлургических производств.
Замасленная (промасленная) окалина – тип производственного отхода
Традиционный отход прокатных производств – окалина (окислы железа). Окалина неизбежно образуется на прокатном изделии, когда нагретая почти до 1000 °С заготовка идет по прокатному стану, контактируя с атмосферным воздухом и кислородом воды охлаждающей жидкости. Каждый проход заготовки по вальцам сопровождается отшелушиванием слоя окалины и формированием нового. За время полной обработки детали около 2,5 % массы металла уходит в окалину. Окалина сбрасывается в поток СОЖ, которая содержит углеводороды. В результате из окалины, смазочных материалов и воды генерируется гетерогенный металлургический отход (размер частиц от 1 мм до 1 см) – замасленная окалина.
При производстве холоднокатаного проката также образуется промасленная окалина, непосредственно на вальцах. К ней прибавляется шламовый отход от пескоструйной обработки поверхности, также содержащий металл, но с гораздо меньшим размером частиц (менее 1 мм). Содержание железа в промасленной окалине достигает 70-80 %, в металлургическом шламе – 30 %, что делает оба отхода ценным вторичным ресурсом.
Преимущественным методом обращения с отходами данного типа ранее служило захоронение на свалках в чистом виде или после перемешивания со шлаком. Промасленная окалина является отходом 3-го класса опасности (умеренно опасные) и образуется в значительных количествах.
Для справки:
Металлургическое производство генерирует отходы в количестве 1/3 от сырья, и окалина составляет их основную часть. По предоставленным данным, в отвалах ОАО «Нижнетагильского металлургического комбината им. В. И. Ленина» накопилось 1,3 млн. тонн замасленной окалины, на АО «Первоуральском новотрубном заводе» – 1 млн. тонн, на ПАО «Северсталь» – более 2,5 млн. тонн.
В Нижегородской области (г. Выкса) для окалины АО «Выксунского металлургического завода» построен специальный полигон отходов. Однако сегодня депонирование на свалке отхода, содержащего более 70 % железа нельзя признать допустимым. Рецикл (ввод в стадию спекания) промасленной окалины невозможен из-за высокого содержания нефтепродуктов: до 10 % в жирной окалине и до 50 % в шламе. Во время спекания, подготовки руды к плавке, ее нагревают и перемешивают с углем и известью, однако содержащиеся в жирной окалине тяжелые углеводороды смазки не сгорают, а переходят в летучее состояние и попадают на газовые фильтры, что может приводить к их воспламенению и даже взрывам при достижении определенных пропорций в электростатическом фильтре.
В то же время, удалив нефтепродукты из промасленной окалины, ее можно загружать вместе с рудой, как избегая потерь сырья, так и решая экологические проблемы.
Замасленная окалина: технологии обезвреживания отхода
Существует достаточное количество технологий удаления нефтепродуктов из промышленного твердого мусора, однако каждый из них обладает как достоинствами, так и серьезными недостатками. Депонирование на свалке – в короткой перспективе самый дешевый способ утилизации загрязненных маслом металлургических отходов, но он не только обедняет производство, отнимая часть сырьевого ресурса, но и сокращает срок службы полигона отходов, одновременно привнося риск заражения грунтовых вод.
Инсинерация – выжигание нефтепродуктов из окалины, существенно сокращает первоначальный объем отходов. Инсинерация проводится во вращающейся печи, причем топливо подается только на начальный поджог смеси. Горению способствует окисление оксида железа (II) до оксида железа (III). Инсинерация в свою очередь, создает проблему газовых выбросов и загрязнения атмосферы (или требует мощной и дорогой системы газоочистки). Оба вышеперечисленных метода, к тому же, сегодня находятся в фокусе прицела ужесточающегося природоохранного законодательства. Метод был опробован в г. Кривой Рог и его результаты нельзя отнести к удовлетворительным ввиду высокого образования сажи, мешающей брикетированию в больших количествах и существенного количества недожженных нефтепродуктов.
Некоторое количество промасленной окалины можно утилизировать при формировании аглошихт, температура горения которых достигает 1200-1300 °С. Однако, уложенные поверх, они образуют запирающий слой, затрудняющий горение шихты и приводящей к неполному сгоранию нефтепродуктов.
Биологические методы удаления нефтепродуктов, относительно недорогие и простые, работают и в этом случае, но не отличаются 100 %-ной эффективностью и требуют длительного времени.
Интересным методом является вакуумная дистилляция, эффективно удаляющая нефтепродукты, особенно в комбинации с термическими методами. Однако методы утилизации промасленной окалины, требующие серьезных капиталовложений, до сих пор представляют серьезную проблему для металлургических комбинатов.
Существует также некоторое количество химических методов удаления нефтепродуктов из окалины. Так, одним из них является удаление жира моющим раствором в бетономешалке принудительного типа с вертикальным валом. Удаление нефтепродуктов происходит достаточно эффективно, но при длительной эксплуатации (в течение нескольких месяцев) система засоряется. В аппарате образуется стойкая водяная взвесь с мелкодисперсной окалиной, которая сложно поддается разрушению и требует добавления химических реагентов, которые, в свою очередь, необратимо разрушают моющую рабочую среду.
Удаление жира при помощи органических растворителей также эффективно. Оно выполняется в емкостях с активным перемешиванием. Данный процесс весьма небезопасен, так как все его компоненты легко воспламеняемы. К тому же, для регенерации растворителя требуется перегонка, Часть растворителя сохраняется в окалине, и следует предусмотреть вентилируемые взрывобезопасные отстойники для удаления паров растворителя, что делает метод экономически бессмысленным.
Пиролиз на установке термической деструкции УТД: безотходная утилизация промасленной окалины
Перспективным методом утилизации и обезвреживания промасленной окалины и шлама является пиролиз. В процессе пиролиза окалина нагревается в атмосфере дефицита кислорода. Происходит удаление нефтепродуктов, испаряющихся в реакторе и конденсируемых теплообменнике. Эффективность удаления нефтепродуктов достигает 100%, также в сухом остатке образуется некоторое количество углерода, который не препятствует загрузке продукта пиролиза окалины в печи спекания вместе с рудой. Испарившиеся и сконденсированные нефтепродукты направляются на горелки топки вместе с дизельным топливом.
Недостаток данного метода – малочисленность производительных технологий в силу сложности обеспечения герметичности процесса. Однако решением является метод непрерывного пиролиза, реализуемый компанией «IPEC» (ПГ «Безопасные Технологии»).
Отходы загружаются в пиролизный реактор и продвигаются по Установке непрерывного пиролиза УТД-2 вплоть до приемного бункера сухого остатка системой шнеков. Попадая в реактор, они постепенно нагреваются, отдавая воду и углеводородные соединения. Последние, проходя через сепаратор и конденсатор, образуют пиролизный газ и пиролизное топливо, которое используется для поддержания температуры процесса.
УТД-2 – экономичное и эффективное решение. Потребляя всего 37 кВт электроэнергии, Установка производительностью 2000 кг/час может обходиться вообще без дизельного топлива, если содержание нефтепродуктов в исходном сырье превышает 20%. Экологическая нагрузка Установки на окружающую среду также отсутствует в силу герметичности процесса пиролиза. Сухой остаток от переработки промасленной окалины можно без остатка загружать в агломерационные печи вместе с рудой.
Ознакомиться с модельным рядом и заказать оборудование для пиролиза прокатной окалины можно в Каталоге установок УТД. Специалисты компании IPEC ответят на все вопросы, касающиеся утилизации замасленной окалины, и помогут подобрать оптимальное технологическое решение, адаптированное под нужды объекта.
Статья «Замасленная (промасленная) окалина как отход производственной деятельности: утилизация и обезвреживание» опубликована в журнале «ЭКОИНЖ» выпуск № 19, 2019 г.
При использовании материала/любой его части ссылка на авторство и сайт (www.i-pec.ru) обязательна