Касимов А.М. и др. Современные проблемы и решения в системе управления опасными отходами

Подождите немного. Документ загружается.

- 331 -

Решение системы (6.21) можно получить в явном виде,

определяющем, с учетом (6.20,а), оптимальное значение вектора

( )

сопряженных переменных и соответствующих оценок искомых

параметров модели (6.18):

( ) [ ( )11 ] ( ) ,

( ) 1 ( ) , ( ) ( ) ( ),

n n n n n n n

n n n n i i

n I A A Y

b n A Y w n n x

λ ϖ γ γ

ϖ γ λ ϕ

−

= −

= =

∑

(6.22)

где

1 1

( ) ( ) , (1 ( )1 ) .

n n n n n n n

A I A

γ γ ϖ γ

− −

−

= +Φ =

С использованием формул (6.21) окончательно получим выражение

для оценки неизвестной функции модели

( )

f x

( ) ( ) ( , )

f x n K x x

∑

(6.23)

Восстановленная математическая модель имеет вид алгоритмически

заданной функции, позволяющей осуществлять расчет выходной

переменной по формулам (6.22), (6.23) для любых значений входных

факторов. Формулы для определения оптимальных сопряженных

переменных содержат только ядерные функции

( , )

K x x

и не требуют

явного определения вектора координатных функций

)

(

Это позволяет использовать рассмотренную методику

идентификации в условиях практически полного отсутствия априорной

информации о модели ряда

( )

f x

, поскольку линейной комбинацией

достаточно большого количества ядерных функций можно успешно

аппроксимировать достаточно сложные многомерные нелинейные

отображения.

Окончательное формирование методики моделирования содержит

выбор настроечных параметров алгоритма идентификации

2 2

e w

γ σ σ

= ,

. Указанный выбор, обеспечивающий наивысшую точность

аппроксимации, осуществляли вторым уровнем алгоритма на основе

метода «скользящего контроля».

Программная реализация алгоритма осуществлялась на языке Object

Pascal

в среде Delphi. Вычислительные эксперименты показали

устойчивую работу алгоритма и возможность получения высокой точности

аппроксимации экспериментальных данных. На рис. 6.36 и 6.37 приведены

примеры зависимостей выходной переменной модели от отдельных

факторов.

Данная модель позволяет прогнозировать степень извлечения Zn при

заданном значении температуры в реакционной зоне печи, длительности

пребывания в ней гранул, доли кокса в шихте и диаметра гранул. Ее можно

использовать для оптимизации процесса с целью максимизации выхода

требуемого продукта и повышения его качества.

- 332 -

Рис. 6.36. Зависимость степени выделения цинка от диаметра гранул

Рис. 6.37. Зависимость степени извлечения Zn от доли кокса в шихте

Опытно-промышленные испытания разработанной технологии

Испытания технологии проводили на Харьковском опытном

цементном заводе (ХОЦЗ). Были определены оптимальные параметры

технологии. Отходящие газы анализировали на содержание, S, N

, C, паров

О, по стандартным методикам. Результаты приведены в табл. 6.13-6.14.

Совместно с фирмой «Йохман-Нетч» (Словакия) авторами данной книги

проведены исследования по обезвоживанию шламов газоочисток

мартеновских печей на опытно-промышленной установке этой фирмы.

Таблица 6.13

Сравнительный анализ стандратного цинкового концентрата и

полученного по разработанной технологии

Сырье завода

Компоненты, % масс.

Zn Рb Cu Cа S Fe Cl

SiO

ММК им. Ильича 68-79 4-7 0,4-0,8

0,25-0,5

2,2-3,2

1,5-3,5

0,01-0,2

2-3

Концентрат КЦ-0

стандарт

61-62,5

1-2 0,4-0,8

0,3-0,65

2-3 1,2-3,4

0,02-0,2

2-2,5

- 333 -

Таблица 6.14

Результаты анализа газов, отходящих от вельц-печи

Точка отбора

проб

Состав отходящих газов

Т,

Запыленность,

г/м

Влага, об.

мг/м

, об.

На выходе из

печи

0,001-0,002

55-80 40-110 9 1050

5-11

Полученный Zn-концентрат содержит на 10-17% Zn больше, чем

лучший концентрат завода "Укрцинк" (табл. 6.13). Обесцинкованные

гранулы пригодны для возврата в аглодоменное производство. Их

химический состав, % масс.: Fe

общ

– 57÷62; Zn ≤ 0,1. Фракционный состав

2-10

мм, насыпная плотность – 2,5÷2,7 г/см

. Степень металлизации – до

92%.

Внешний вид гранул и Zn-концентрата приведен на рис. 6.38.

Рис. 6.38. Внешний вид цинкового концентрата, сырых и обожженных

гранул и исходного сырья

Сушку шламов вели при 220-280

С в течение 20-40 мин и скорости

движения ленты 0,3-0,6 м/мин. Результаты сушки представленных

украинской стороной шламов приведены на рис. 6.39 и 6.40. При

исследовании разработанной технологии уловленные твердые продукты

анализировали на содержание Fe, Zn, Pb, Ca, Si, S, C1. Наибольшее

содержание Zn (79%) отмечено в продукте, уловленном в реакционной

зоне возгонки вельц-печи (табл. 6.13). Химсостав обесцинкованных

гранул приведен в табл. 6.15.

Зависимость прочности гранул на раздавливание от температуры и

продолжительности сушки иллюстрируется данными рис. 6.41. Анализ

полученных зависимостей, позволяет сделать вывод о том, что наибольшая

прочность гранул достигается при использовании шихты, содержащей 15-

20%

восстановителя, и влажности гранул 1-2%.

Общие виды основного оборудования, пригодного для применения в

разработанной технологии приведены на рис. 6.42-6.45.

- 334 -

Рис. 6.39. Автоматическая опытно-промышленная ленточная сушилка

словацкой фирмы «Йохман – Нетч»

Рис. 6.40. Сушка шламов ММК им. Ильича на опытно-промышленной

установке фирмы «Йохман – Нетч»

Таблица 6.15

Основной химический состав обесцинкованных гранул

Содержание элемента, % масс.

Zn Fe

8·10

61,6

9·10

не опр.

2·10

61,0

5·10

60,5

4·10

60,67

- 335 -

Рис. 6.41. Зависимость прочности гранул на раздавливание от температуры

и продолжительности сушки

1 – Т=25ºС; 2 – Т=150ºС; 3 – Т=200ºС; 4 – Т=300ºС

Рис.6.42. Участок обжига и

охлаждения гранул

Рис. 6.43. Привод обжиговой печи

а)

б)

Рис. 6.44. Общие виды барабанной обжиговой печи

- 336 -

Рис. 6.45. Горелка и футеровка обжиговой печи

Отходы производства нерудных материалов

«Часовоярский огнеупорный комбинат» является родоначальником

производства огнеупоров на Украине. Предпосылкой создания

предприятия явились залежи уникальных глин и удобное географическое

положение потребителей. Глины огнеупорные Часовоярского

месторождения отличаются высокими показателями огнеупорности,

тонкодисперсности, пластичности и связывающей способности, низкой

температурой спекания. Пески формовочные являются формовочным

материалом для технологии изготовления литейных форм.

Эффективность их применения обусловлена специфичностью,

стабильностью состава минералов, слагающих песка.

Часовоярский огнеупорный комбинат» – крупное, современное

предприятие с полным циклом производства продукции, высоким уровнем

технологии; специализируется на производстве алюмосиликатных,

карбидкремниевых огнеупорных изделий, энергосберегающих изделий

(

ультра-легковес, легковес), неформованных огнеупорных материалов,

добыче огнеупорных глин и формовочных песков.

Выпускаемая продукция предназначена для предприятий черной и

цветной металлургии, коксохимии, машиностроения, огнеупорной,

стекольной, фарфоровой, фаянсовой, химической, электротехнической,

энергетической, цементной, горно-обогатительной, строительной, пищевой

и ряда других отраслей промышленности. Огнеупорные изделия

производятся стандартных размеров и по чертежам заказчиков.

В числе наиболее ответственных алюмосиликатных огнеупоров –

изделия для кладки доменных печей. Высокое качество шамотных

огнеупорных изделий производимых на «Часовоярский огнеупорный

комбинат» постоянно привлекает внимание различных производств

металлургического комплекса. В этой связи отмечаются возрастающие

обращения коксохимических производств российских и украинских

предприятий на изготовление огнеупорных изделий различных

типоразмеров для агрегатов по производству кокса.

- 337 -

На многих промышленных предприятиях Украины образуются ПО,

которые по своему химическому составу могут быть использованы в

качестве исходного сырья при производстве строительных материалов

специального назначения с комплексом заданных свойств. Утилизация их

позволит не только улучшить экологическую обстановку в Украине, но и

сэкономить природные ресурсы.

В качестве сырьевых материалов для синтеза нового класса

радиационно-стойких цементов используют витерит или барит, залежи

которых в Украине отсутствуют. В отвалах Концерна «Стирол»

(

г. Горловка, Донецкой области) накапливаются тысячи т ПО,

образовавшихся в результате очистки промышленных стоков. Химический

состав ПО водоочистки, % масс.: СаСО

– 75-85; МgСО

– 5-14; SiO

– 5-9;

СаSО

– 1,5-3,0; Fе

– 2,5-5,0. Проведенные исследования позволяют

сделать заключение о целесообразности использования

кальцийсодержащих ПО водоочистки в качестве сырьевого компонента в

производстве жаростойких цементов.

В г. Славянске Донецкой области при производстве мелющих тел из

природного кремня образуются ПО, содержащие до 92% масс. SiO

. Они

могут быть использованы в качестве кремнийсодержащего материала в

цементной сырьевой смеси. На Украине при обогащении хромовых руд по

технологии, разработанной НИИ «Механобрчермет», применяемой на

Побужском ферроникелевом комбинате, образуются ПО, химический

состав которых представлен Fе

, МgFеА1О

и FеСr

. Шлам,

образующийся при получении монохромата натрия, может быть

использован для получения специальных цементов и тарного стекла.

Следует отметить, что все вышеперечисленные ПО представляют

собой тонкоизмельченные порошки с удельной поверхностью 1200-

1700

см

/г, что позволит сократить время и энергозатраты на подготовку

сырьевой смеси.

Исследованиями цементов, керамики, силикатного кирпича и стекол,

полученных с использованием в качестве сырья ПО различных отраслей,

установлено, что разработанные материалы обладают комплексом

заданных свойств. Цементы, полученные на основе этих ПО, являются как

гидравлическими, так и воздушными высокопрочными вяжущими

материалами с низким водоцементным отношением, ускоренными сроками

схватывания. Полученные материалы обладают жаростойкостью,

коррозионной стойкостью, устойчивостью к воздействию ионизирующего

излучения.

Исследованиями установлено, что разработанные технологии

получения строительных материалов специального назначения на основе

ПО химической промышленности являются ресурсо-

энергосберегающими. Внедрение разработанных технологий позволит

значительно улучшить экологическую обстановку в промышленных

- 338 -

регионах Украины, сэкономить дорогостоящие и дефицитные сырьевые

материалы, существенно снизить себестоимость готовой продукции.

Разработанная огнеупорная масса состоит из глинозема, диоксидов

циркония и титана, твердых парафинов и связующих – эмульсий

фенолформальдегидной смолы и др. Недостатки этих способов –

использование дорогостоящих оксидов редкоземельных элементов,

токсичных веществ и твердых парафинов, многоступенчатый отжиг

изделия. В результате процесс получения конечного продукта становится

трудоемким и неэкономичным.

Цель разработки – создание простой и дешевой технологии

получения огнеупорной массы из ПО – шлака, и повышение ее

механической прочности при использовании способа экструзионного

формования. Масса для изготовления огнеупорного материала

представляет собой минеральный порошок, содержащий наполнитель

(

шлак) состава, % масс.: А1

– 82,5-84,5; СаО – 11,5-15,4; SiO

– 1,1-1,5;

– 0,5-0,6, а также местную глину в качестве связующего. Для

получения огнеупорных изделий из массы были изготовлены образцы

различных составов. Приготовленную массу заливали в пресс-форму и под

определенным давлением формовали изделия, удовлетворяющие

требования ГОСТ 21436-75.

После сушки образцы подвергали отжигу в интервале температур

1400+20°

С, а затем производили их испытания на прочность на

стандартных установках. Для оценки огнеупорности образцы были

подвергнуты дополнительному отжигу при 2000°С в течение 3-4 ч.

Термообработка приводила к 3-4-кратному повышению механически

прочности по сравнению с исходными непрогретыми образцами. Для

оценки термостойкости образцы подвергали трехкратной термической

обработке при 800°С с резким охлаждением в проточной воде согласно

требованиям ГОСТ-7875-56.

Цементная промышленность может решить некоторые

экологические проблемы путем эффективной утилизации ряда отходов

производства и потребления: шлаков металлургического производства,

золошлаковых отвалов ТЭС, кирпичного и стекольного боя, бытового

мусора, изношенных автомобильных шин, энергоресурсных отходов

переработки нефти, газа, угля, сельскохозяйственного производства и др.

Высокая эффективность утилизации обеспечивается за счет:

Относительно высокой температуры материала в печи (1450°С),

газового факела и газового потока.

Щелочной среды материала в печи при наличии кислой

атмосферы.

Движения газов и материала в противотоке.

Нейтрализации токсичных веществ, благодаря образованию

жидкой фазы клинкера.

- 339 -

5. Высокоэффективной очистки пылегазовых выбросов в

электрофильтрах.

За рубежом отходы, сжигаемые цементной промышленностью,

составляют около 20% от общего количества потребляемого ею топлива.

Согласно прогнозам объем направляемых на сжигание отходов будет

увеличиваться.

На Украине проблема утилизации мусора далека от решения,

поскольку немногочисленные мусороперерабатывающие заводы лишь

частично решают проблему сортировки мусора. На наш взгляд, утилизация

мусора путем его сжигания на мусороперерабатывающих заводах в

принципе неэффективна, так как при низкой температуре (около 1000°С)

выделяющиеся в значительных количествах вредные вещества

практически не разлагаются.

Перспективным направлением является и добавка отходов при

помоле цемента, в частности, производство композиционных

(«

многокомпонентных», «смешанных») цементов. В Индии, например, из

производимых 100 млн. т цемента в год с минеральными добавками

выпускается 45% цемента, причем 33% из них – с вводом золы-уноса ТЭС.

В Японии доля шлакопортландцемента составляет почти 20%.

На Украине выпуск шлакосодержащих в 2003 г. составил 23% их

общего количества. Производство таких цементов способствует снижению

выбросов СО

, что отвечает требованиям Киотского протокола,

подписанного Украиной.

Представленные материалы позволяют сделать следующие выводы:

1. Мировая экономика ориентируется на постоянный рост

масштабов эксплуатации первичных природных ресурсов, что

сопровождается все более высокими темпами накопления

промышленных отходов.

В настоящее время общее количество ПО на территории Украины

достигло 28 млрд. т.

Стратегическое направление по оздоровлению экологической

обстановки на территории Украины является разработка

технологий, снижающих или исключающих образование отходов,

а также технологий утилизации накопленных отходов.

Особое значение приобрела проблема экономии энергоресурсов

путем утилизации ПО коксохимического производства.

6.2. Крупнотоннажные отходы цветной металлургии

Мировое промышленное производство в настоящее время

сталкивается с необходимостью использовать все более бедные руды

основных используемых цивилизацией металлов (рис. 6.46.а). Отмечается

постоянное снижение содержания меди в рудах в мировой цветной

- 340 -

металлургии с 8 до 3%, что приводит к постоянному росту отвалов пустой

породы в расчете на 1 т добываемого металла.

Рис.6.46.а. Добыча беднеющих медных руд в США

Рис.6.46.б. Рост удельных объемов пустой породы при падении

содержания меди в добываемой руде

На территории стран СНГ размещены огромные техногенные запасы

ценного металлсодержащего сырья, включающие крупнотоннажные

отходы цветной металлургии и ферросплавной подотрасли черной

металлургии. В табл. 6.16 представлены основные пользователи системы

управления опасными отходами на региональном уровне в РФ. В

Свердловской области зарегистрировано более 2800 предприятий –

производителей ПО, при этом 1100 – производят отходы 1-3 КО. Общий

объем накопленных ПО составляет 38 млрд. т, главным образом (98,6%)

это отходы горнообогатительного и металлургического производств, при

этом, 9,7 млн. т – отходы 1-3 КО. Всего регистрируется 406 типов ПО, из

них 162 относятся к 1-3 классам опасности.

Крупнейшими производителями отходов являются Качканарский

горно-обогатительный комбинат (50 млн. т/год), завод "Ураласбест"

(40 млн. т/год), Гороблагодатское рудоуправление (3 млн. т/год). ОпО

образуются на заводе "Хромпик" (до 40 тыс. т/год), Синарском трубном

заводе (7,5 тыс. т/год), Среднеуральском медеплавильном заводе

(1,5 тыс. т/год) и др. В табл. 6.17 и 6.18 приведены данные по крупнейшим

производителям ПО 3 и 4 КО.