Медь. Руководство по инвентаризации выбросов емепеаос 2009 1 Категория Название но c a Производство меди
 Скачать 0.73 Mb.
|
|
2.C.5.a Производство меди Руководство по инвентаризации выбросов ЕМЕП/ЕАОС 2009 1 Категория Название НО: 2.C.5.a Производство меди ИНЗВ: 040309a Производство меди МСОК: 2720 Производство основных драгоценных и цветных металлов Версия Руководство 2009 Основные авторы Джероуен Куэнен Соавторы (включая лиц, внесших свой вклад в разработку предыдущих версий данной главы) Йозеф М. Пацина, Отто Ренц, Дагмар Ёртель, Тинус Пуллес и Вильфред Аппельман 2.C.5.a Производство меди Руководство по инвентаризации выбросов ЕМЕП/ЕАОС 2009 2 Оглавление 1 Общие сведения .......................................................................................................................................... 3 2 Описание источников ................................................................................................................................. 3 2.1 Описание процесса ................................................................................................................................ 3 2.2 Методики ............................................................................................................................................... 6 2.3 Выбросы ................................................................................................................................................. 6 2.4 Средства регулирования ....................................................................................................................... 7 3 Методы ......................................................................................................................................................... 8 3.1 Выбор метода......................................................................................................................................... 8 3.2 Подход Уровня 1 по умолчанию .......................................................................................................... 9 3.3 Технологический подход Уровня 2 ................................................................................................... 11 3.4 Моделирование выбросов Уровня 3 и использование объектных данных .................................... 15 4 Качество данных ....................................................................................................................................... 17 4.1 Полнота ................................................................................................................................................ 17 4.2 Предотвращение двойного учета с другими секторами .................................................................. 17 4.3 Проверка достоверности ..................................................................................................................... 18 4.4 Разработка согласуемых временных рядов и пересчет ................................................................... 18 4.5 Оценка неопределенности .................................................................................................................. 18 4.6 Обеспечение/контроль качества инвентаризации ОК/КК ............................................................... 18 4.7 Координатная привязка ...................................................................................................................... 18 4.8 Отчетность и документация ............................................................................................................... 18 5 Глоссарий................................................................................................................................................... 19 6 Список цитированной литературы .......................................................................................................... 19 7 Наведение справок .................................................................................................................................... 20 2.C.5.a Производство меди Руководство по инвентаризации выбросов ЕМЕП/ЕАОС 2009 3 1 Общие сведения Данная глава содержит информацию, касающуюся выбросов в атмосферу во время производства меди (Cu), в том числе первичной и вторичной. В настоящей главе рассматриваются технологические выбросы при производстве меди, тогда как выбросы, произошедшие в результате горения, описаны в категории источника 1.A.2.b. Более 80 металлургических комбинатов по производству первичной меди во всем мире используют различные традиционные пирометаллургические методики для производства более 90 % всего объема меди (Pacyna, 1989). Существует три этапа данного процесса: обжиг руды для удаления серы; плавление обжигового продукта для удаления части пустой породы для производства медного штейна; и преобразование медного штейна в конвертерную медь. Выбросы в атмосферу диоксида серы и тяжелых металлов в виде мелких частиц происходят во время всех перечисленных процессов. В медной руде присутствуют различные следовые элементы примесей, которые выделяются в процессе производства. Технологический процесс является основным источником выбросов в атмосферу мышьяка и меди (50 % от мировых выбросов этого элемента), индия (почти 90 %), сурьмы, кадмия, селена (приблизительно 30 %), а также никеля и олова (приблизительно 10 %) (Nriagu и Pacyna, 1998). Металлургические комбинаты по производству вторичной меди производят около 40 % всего объема меди в мире (Pacyna, 1989). Пирометаллургические процессы применяются для переработки лома и прочего вторичного сырья. Как и при производстве первичной меди, окончательная очистка, по применимости, должна быть электролитической. В настоящей главе рассматриваются методы оценки выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в ходе восстановления вторичной меди. 2 Описание источников 2.1 Описание процесса 2.1.1 Производство первичной меди Обычный пирометаллургический процесс плавки меди показан на Рисунке 3.1 (EPA, 1993). В основном, конвертерная медь проходит огневое рафинирование в анодной печи, отливается в «аноды» и отправляется на электролитическую очистку для дальнейшего удаления примесей. Используемые в настоящее время медеплавильные печи перерабатывают рудные концентраты путем их сушки в сушилке с кипящим слоем, преобразованием и очисткой сухого вещества таким же образом, что и в обычном процессе (EPA, 1993). Концентраты, как правило, содержат 20–30 % Cu. При обжиге загружаемая медь, смешанная с кремнезёмистым флюсом нагревается на воздухе примерно до 650 °C, при этом удаляется 20–50 % серы и часть летучих следовых элементов. Продукт обжига, огарок, служит в качестве сухого нагретого загружаемого материала для плавильной печи. В процессе плавки огарки плавятся с кремнезёмистым флюсом в печи для плавки во взвешенном состоянии с целью производства медного штейна, расплавленной смеси сернистой меди, сульфида железа и некоторых следовых элементов. Штейн обычно содержит 35–65 % меди. Тепло, необходимое в процессе плавки, выделяется при частичном окислении сульфидной заправки и горении топлива в подвесных баках. Некоторые технологии плавления сейчас используются в медной промышленности, включая отражательную плавку, плавку во взвешенном состоянии (два процесса используются в коммерческих целях: процесс INCO и Outokumpu), процессы Noranda и электрические. При отражательной плавке тепло выделяется при горении нефти, газа или пылевидного угля. Температура в печи может достигать 1500 °C. Глава_1.A.2.b'>Плавка во взвешенном состоянии в печи объединяет в себе операции обжига и плавления для производства штейна с высоким содержанием меди из концентратов и флюса. В большинстве печей для обжига во взвешенном состоянии применяется тепло, 2.C.5.a Производство меди Руководство по инвентаризации выбросов ЕМЕП/ЕАОС 2009 4 образовавшееся при частичном окислении сульфидной заправки, для накопления энергии, необходимой при плавке. Температура в печи достигает 1200 - 1300 °C. Процесс Noranda имеет преимущество в плане выделения тепловой энергии из медной руды. Оставшаяся тепловая энергия поступает от нефтяных горелок или за счет угля, смешанного с концентратами руды. Для плавки в электродуговых печах тепло образуется за счет прохождения электрического тока по угольным электродам, опускающихся со свода печи и погружаемых в шлаковый слой плавильной ванны (EPA, 1993; UN ECE, 1994). Что касается выбросов загрязнителей воздуха в процессе плавки, во всех вышеописанных операциях выделяются следовые элементы. При плавке в печи для обжига во взвешенном состоянии образуются потоки отходящих газов с высоким содержанием диоксида серы. Электродуговые печи не образуют продукты горения топлива, поэтому расход и содержание диоксида серы ниже. Плавка Огарок Штейн Т о пл иво Огневое рафинирование Обжиг или сушка Глава 1.A.2.b Т о пл иво Глава 1.A.2.b Т о пл иво Конвертация Конвер- терная медь Глава 1.A.2.b Рисунок 2.1 Схематическое описание технологического процесса медеплавильной печи с использованием рудного концентрата с кремнезёмистым флюсом в качестве загружаемого материала для обжига/сушки, анодной меди – при огневом рафинировании. Последним этапом в производстве конвертерной меди является преобразование. Оставшееся железо и сера в материале удаляется в данном процессе, остается расплавленная конвертерная медь. Конвертерная медь обычно содержит от 98,5 до 99,5 % чистой меди. Оставшаяся часть состоит из таких следовых элементов, как золото, серебро, сурьма, мышьяк, висмут, железо, свинец, никель, селен, сера, теллур и цинк. Существуют различные технологии преобразования, применяемые при производстве меди. Температура в конвертерной печи достигает 1100 C. 2.1.2 Производство вторичной меди Металлургический комбинат, занимающийся производством вторичной меди, - это любой предприятие или завод, на котором обрабатываются цинкосодержащий металлолом или цинкосодержащие 2.C.5.a Производство меди Руководство по инвентаризации выбросов ЕМЕП/ЕАОС 2009 5 материалы, не являющиеся цинкосодержащими концентратами (рудами), металлургическим или химическим способом в очищенную медь и медный порошок (высококачественный продукт). Переработка меди – это наиболее полный метод, пригодный для цветных металлов. Медный металлолом может быть в следующей форме: лом меди, такой как брак при изготовлении, проволочный скрап, скрап водопроводов, аппаратуры, электрических систем или веществ, возникающих при переработке кабеля; скрап из сплавов, таких как латунь, пушечный металл, бронза, отходы в виде радиаторов, арматуры, деталей механизмов, стружки от токарных станков или измельчителя; медно-железный скрап, например, от электродвигателей или их деталей, листовой скрап, элементы цепи и распределительные щиты, металлолом от телефонных аппаратов, трансформаторов и измельчителя. Другая большая группа медесодержащих материалов состоит из окисленных веществ, а именно, изгарины, золы, шлаков, окалины, мелких частей гранулятора, катализаторов, а также веществ, возникших при работе систем борьбы с загрязнением. Содержание меди в металлоломе варьируется от 10 примерно до 100 % (UN ECE, 1994). Попутными металлами, которые должны быть удалены, являются цинк, свинец, олово, железо, никель, алюминий и определенное количество драгоценных металлов. В зависимости от химического состава, сырье на заводе, занимающемся производством вторичной меди, обрабатывается в различных печах: Доменные печи (до 30 % Cu при средней загрузке); конвертеры (около 75 % Cu); анодные печи (около 95 % Cu). Металл доменной печи (‘черновая медь) обрабатывается в конвертере, металл в конвертере проходит очистку в анодной печи. На каждом этапе добавляется дополнительное количество сырья при соответствующем содержании меди. В доменной печи смесь сырья, лома железа, известняка, песка и кокса загружается сверху. Воздух, который может быть насыщен кислородом, продувается через фурмы, кокс сгорает, и загружаемые материалы плавятся в восстановительных условиях. Черновая медь и шлак выгружают через выпускные отверстия. Конвертеры, используемые при плавке первичной меди, работают на штейне, содержащем сульфид железа, выделяют избыточное тепло. При этом присадки отходов меди часто используются для регулировки температуры. Конвертер представляет собой удобную и дешевую форму обработки лома, однако, часто – с газоочисткой только средней эффективности. В ином случае, гидрометаллургическая обработка лома с использованием аммиачного выщелачивания, приводит к образованию растворов, которые могут быть восстановлены водородом для получения медного порошка (Barbour et al., 1978). С другой стороны, эти растворы могут быть обработаны путем извлечения растворителем для последующей подачи в электролизер для выделения меди. Конвертерная медь загружается вместе с сырьем в анодную печь. Для плавки в отражательных печах применяется загружаемый материал, масло или каменноугольная пыль. После этого в ванну вдувается воздух для окисления оставшихся примесей. Освинцованная латунь, содержащая до 3 % свинца, широко используется в различных областях применения. Переработка лома этого материала – важный вид деятельности. Такой лом обычно содержит много металлической и токарной стружки, покрытой смазкой и смазочно-охлаждающими жидкостями. Медесодержащие кабели и двигатели содержат пластмассовые или резиновые изоляторы, 2.C.5.a Производство меди Руководство по инвентаризации выбросов ЕМЕП/ЕАОС 2009 6 лаки. В этом случае, лом требует предварительной обработки, выполняемой с целью удаления этих не металлических веществ. Более мелкие частицы лома могут пройти предварительную термическую обработку во вращающейся печи, имеющей функцию дожига для утилизации дыма и паров масла (так называемый процесс Intal). Кроме того, существуют различные методики удаления с кабелей резиновой и пластмассовой изоляции (Barbour et al., 1978; UN ECE, 1994). 2.2 Методики Описание различных процессов, используемых при производстве первичной и вторичной меди, изложено в разделе 2.1. В процессе преобразования при производстве первичной меди, выделяют две технологии: порционное преобразование: дутье воздухом /кислородом через штейн, извлеченный при операции плавления; непрерывное преобразование, в котором различают три вида. В конвертеры Mitsubishi и Noranda поступает расплавленный продукт для преобразования, в то время как при процессе Kennecott/Outokumpu штейн из плавильной печи сначала подвергается измельчению в воде, размалыванию и сушке. Подробная информация об этих технологиях изложена в разделе, касающемся производства меди, справочного документа по наилучшей имеющейся технологии (BREF), используемой при производстве цветных металлов (Европейская комиссия, 2001). 2.3 Выбросы Выбрасываемые загрязняющие вещества, окись серы (SO x ), оксид азота (NO x ), летучие органические соединения (неметановые ЛОС и метановые (CH 4 )), моноксид углерода (CO), двуокись углерода (CO 2 ), оксид азота (N 2 O), следовые элементы и выделенные стойкие органические загрязнители (СОЗ). Основными загрязнителями являются диоксид серы (SO 2 ) и CO, в соответствии с CORINAIR90 выделенными следовыми элементами. СОЗ – это, в основном, диоксины и фураны, выделяющиеся из шахтных печей, конвертеров и пламенных печей. Заводы, занимающиеся производством меди, являются источниками окиси серы (SO x ). Выбросы производятся из муфелей, плавильных печей и конвертеров (см. нижеприведенную таблицу 3.1). Неорганизованные выбросы происходят во время обращения с материалом. При выполнении другой работы по плавке используется материал, содержащий очень мало серы, что приводит к незначительным выбросам SO 2 (EPA, 1995). Существенны только выбросы, произведенные при контактном горении. В таблице 2-1 указаны характерные средние концентрации SO 2, выделяющиеся из различных установок на металлургическом заводе. Принято считать, что в значениях концентрации SO 2, представленных в таблице, учитываются выбросы серы в топливе и руде. 2.C.5.a Производство меди Руководство по инвентаризации выбросов ЕМЕП/ЕАОС 2009 7 Таблица 2-1 Характерные концентрации диоксида серы в отходящем газе от источников плавления меди (EPA, 1995) Технологическая установка Концентрация SO 2 [об.-%] Полочная печь 1,5 - 3 Обжиговая печь с кипящим слоем 10 - 12 Отражательная печь 0,5 – 1,5 Электродуговая печь 4 - 8 Печь для плавки во взвешенном состоянии 10 - 70 Плавильная печь непрерывного действия 5 - 15 Цилиндрический конвертер 4 - 7 Конвертер Hoboken 8 Одноконтактная установка H 2 SO 4 0,2 – 0,26 Двухконтактная установка H 2 SO 4 0,05 Производство меди требует выделения энергии на большинстве этапов, использование энергии в электролитическом процессе наиболее важно. Потребность в производстве энергии (полезной) в ряде процессов с использованием медного концентрата варьируется в диапазоне 14 – 20 ГДж/т катода меди. Точная величина зависит от концентрата (% S и Fe), а также от используемой плавильной установки, степени обогащения кислородом и накопленного и применяемого технологического тепла. Сравнительные данные, основанные исключительно на типе завода, могут содержать неточности. Использование энергосодержания концентрата более важно, при этом заводы, перешедшие на аутогенную деятельность, имеют меньшие затраты энергии (Европейская комиссия, 2001). Количество энергии, потребляемой на стадии электролитической очистки меди, равно 300 - 400 Квт-ч на тонну меди. Тип используемой катодной основы (из нержавеющей стали или меди), главным образом, воздействует на КПД цеха электролиза, который может составлять от 92 до 97% КПД по току (Европейская комиссия, 2001). |