Введение

Основной целью каждого развитого, современного государства является разработка устойчивой и эффективной экономической модели, ориентированной на переходе страны на экологически чистый путь развития.

В связи с этим промышленная энергетика начинает больше уделять внимания вопросам охраны окружающей среды, снижению вредного воздействия в ходе промышленной деятельности.

Находясь в сложных экономических условиях мирового кризиса, предприятиям крайне сложно вкладывать значительные средства на техническое перевооружение, реконструкцию установок по охране окружающей среды. Но законодательство Республики Казахстан ужесточает нормы вредного возжействия на окружающую среду.

Актуальность работы. Необходимость снижения загрязняющих веществ в атмосферу от промышленных предприятий вызвана тем, что данные предприятия находятся в черте населенных пунктов. Наблюдения, проводимые стационарными постами за состоянием атмосферного воздуха, в периоды неблагоприятных метеорологических условий часто отмечают превышение санитарных норм. Для решения этой проблемы предприятия используют различные виды пылеулавливающих установок: аппараты сухой инерционной очистки, пылеосадительные камеры, аппараты мокрой очистки, тканевые фильтры.

Более предпочтительными являются аппараты сухой инерционной очистки. На предприятиях особые трудности связанны с увеличением скорости регенерации фильтровальных рукавов. Для этого требуется выполнение значительного количества технологических испытаний с последующими замерами остаточной запыленности инструментальным методом. В случаи неудовлетворительных результатов необходима замена вибрирующего агрегата, что влечет за собой значительные финансовые затраты. Поэтому получение уравнений, обеспечивающих наиболее близкое совпадение с эмпирическими данными является важной задачей для предприятий промышленной энергетики.

Принятая Стратегия «Казахстан-2050»: новый политический курс состоявшегося государства» ставит четкие ориентиры на построение устойчивой и эффективной модели экономики, основанной на переходе страны на «зеленый» путь развития. «Зеленая экономика» определяется как экономика с высоким уровнем качества жизни населения, бережным и рациональным использованием природных ресурсов в интересах нынешнего и будущих поколений и в соответствии с принятыми страной международными экологическими обязательствами, в том числе с Рио-де-Жанейрскими принципами, Повесткой дня на XXI век, Йоханнесбургским планом и Декларацией Тысячелетия [1].

В этой связи предприятия все больше внимания уделяют вопросам охраны окружающей среды, минимизации вредного воздействия в процессе хозяйственной деятельности.

В условиях общемирового падения цен на продукцию предприятий цветной металлургии: меди на 27 %, железа на 40 %, свинца на 16, 7 %, цинка на 6, 6 %, алюминия на 8, 4 %, предприятиям все сложнее инвестировать значительные средства на техническое перевооружение, модернизацию мощностей и охрану окружающей среды. При этом, законодательство Республики Казахстан требует внедрения мероприятий по снижению негативного воздействия на компоненты окружающей среды.

Актуальность работы. Проблема снижения промышленных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при нахождении предприятий в черте населенных пунктов обусловливает необходимость срочного решения данной задачи. В г. Усть-Каменогорске. В периоды неблагоприятных метеорологических условий стационарные посты наблюдения за состоянием атмосферного воздуха постоянно фиксируют значительные превышения санитарных норм. При этом с выбрасываемыми в атмосферу газами теряются значительные количества цветных и благородных металлов. Для снижения антропогенной нагрузки предприятий на атмосферный воздух применяются различные виды пылеуловителей: пылеосадительные камеры, аппараты сухой инерционной очистки, электрофильтры, аппараты мокрой очистки, тканевые, волокнистые, зернистые фильтры.

Наиболее эффективными из них являются электрофильтры и рукавные фильтры. На предприятиях большие затруднения вызывает процесс оптимизации режима фильтрации в рукавных фильтрах, связанное с необходимостью проведения большого объема технологических испытаний навешиваемых фильтровальных материалов с последующим определение запыленности газов инструментальным путем. При неудовлетворительных результатах требуется подбор других видов материалов, что сопряжено большими финансовыми затратами. В этой связи получение уравнений, обеспечивающих достаточно близкое схождение с эмпирическими данными является важной задачей для металлургической отрасли.

Работа рукавных фильтров в оптимальном режиме способствует снижению негативного антропогенного воздействия на окружающую среду, позволяет вовлекать в процесс переработки максимальное количество промпродуктов.

Рациональная переработка улавливаемых пылей позволяет дополнительно повысить эффективность извлечения металлов из горнорудного сырья. В условиях падения спроса на продукцию предприятий цветной металлургии требуется поиск научных решений по снижению потерь промпродуктов с отходящими газами без значительных капиталовложений.

Цель диссертационной работы:

- снижение негативного антропогенного воздействия на компоненты окружающей среды;

- совершенствование методики оценки влияния свойств фильтровальных материалов на процесс пылеулавливания;

- разработка практических рекомендаций металлургическим предприятиям по уменьшению потерь ценных промпродуктов (пылей).

Основные задачи диссертационной работы:

- провести оценку промышленных выбросов предприятий цветной металлургии;

- изучить механизм процесса фильтрации технологических газов;

- исследовать влияние физико-химических свойств улавливаемых пылей из технологических газов металлургических производств на показатели работы пылеуловителей;

- разработать на основе полученных результатов практические мероприятий по повышению эффективности улавливания пылей;

- исследовать возможность переработки пылей медного производства, содержащих свинец, цинк и мышьяк гидрометаллургическим способом.

Объекты исследования:

- пыли свинцового, цинкового и медного производств;

- системы очистки технологических и вентиляционных газов на предприятиях цветной металлургии.

Методы анализа: Исследования выполнены с использованием современных физико-химических методов анализа промпродуктов: химических, спектрального, термогравиметрического, рентгеноструктурного с применением табличного процессора Excel, программного комплекса Statistica для обработки результатов.

Научная новизна работы:

- впервые исследованы физико-химические свойства пылей различных переделов металлургических производств и определены факторы, влияющие на процессы фильтрации технологических газов;

- впервые установлено комплексное влияние физико-химических свойств пылей, улавливаемых из технологических газов на показатели работы пылеуловителей;

- впервые выведены математические зависимости свойств улавливаемых пылей и фильтровальных материалов на показатели работы 9 рукавных фильтров;

- впервые на основе экспериментальных данных показана возможность применения процесса водной отмывки пылей медного производства, содержащих мышьяк.

Получены следующие научные результаты:

- установлено влияние выбросов градообразующих предприятий на качество атмосферного воздуха г. Усть-Каменогорска, предложены мероприятия для улучшения ситуации;

- установлено, что наибольшее влияние на эффективность пылеулавливания оказывают дисперсный и химический состав пылей, в особенности содержание в них свинца, т.к. данное вещество имеет более низкую дисперсность по сравнению с другими компонентами пылей;

- получены регрессионные уравнения зависимости между свойствами фильтровальных материалов и выходной запыленностью технологических газов, позволяющие с высокой точностью прогнозировать запыленность на выходе из рукавных фильтров без выполнения трудоемких инструментальных измерений. Сходимость результатов при этом составила выше 95 %;

- симплексным методом линейного программирования выявлены оптимальные параметры фильтровальных материалов для достижения наиболее низкого значения запыленности технологических газов;

- разработанная методика расчета технологических показателей работы рукавных фильтров может использоваться при выборе фильтровальных материалов применительно к очистке технологических и вентиляционных газов на различных металлургических переделах;

- исследованиями состава технологических газов БМЗ на различных стадиях очистки установлено, что медь концентрируется в более крупных фракциях пыли (процентное соотношение Cu/Pb=8/25), а свинец преимущественно в мелких (процентное соотношение Cu/Pb=2/30);

- исследования гидрометаллургического способа переработки пылей медного производства, содержащих мышьяк показали возможность возврата в металлургический цикл цинка в виде растворов с рН-6-7, содержащих 13-14 г/дм3 цинка, и свинца в виде кека, содержащего около 40 % свинца.

Основные положения, выносимые на защиту:

- Определение влияния предприятий цветной металлургии на качество атмосферного воздуха.

- Определение и обоснование основных свойств фильтровальных материалов, влияющих на процесс пылеулавливания.

- Совершенствование методологии определения физико-химических свойств пылей цветной металлургии и их влияние на показатели работы пылеуловителей.

- Разработка мероприятий по снижению потерь промпродуктов без значительных капиталовложений.

- Результаты исследований гидрометаллургического вскрытия пылей медного производства, содержащих мышьяк.

Работа выполнялась на кафедре «Химия, металлургия и обогащение» 10 Восточно-Казахстанского государственного технического университета им. Д. Серикбаева.

Практическая значимость работы:

- разработанная методика расчета технологических показателей работы рукавных фильтров позволяет определять выходную запыленность газов на различных металлургических переделах без проведения инструментальных измерений;

- по выданным рекомендациям модернизации конструкции фильтра ФРИ-1600 произведена его реконструкция, что обеспечило снижение выбросов цинк содержащей пыли в атмосферу на 10 т/год;

- составлены комплексные рекомендации по электролитному цеху РМК с целью обеспечения оптимальных условий труда;

- предложена оптимальная схема пылеулавливания на БМЗ для эффективного разделения меди и свинца в пылях, исключающая нарушения технологического режима;

- разработан план модернизации системы аспирации технологических газов ТОО «МК «KazSilicon» для уменьшения неорганизованных подсосов атмосферного воздуха в электропечь на 50 %;

- показана возможность утилизации ценных компонентов из пылей медного производства, содержащих свинец, цинк и мышьяк, гидрометаллургическим способом, включающим предварительную водную отмывку с последующим сернокислотным вскрытием, позволяющую извлечь более 95 % цинка в раствор, а также получить свинецсодержащий продукт с минимальным содержанием мышьяка.