Современные схемы утилизации текущих и накопленных отходов на отечественных и зарубежных интегрированных предприятиях.

Принятие концепции ЭЧП и Инициативы «3R» интенсифицировало разработку новых подходов к управлению движением материалов на предприятиях черной металлургии /16, 17, 39, 104/. В начале 21-го века на предприятиях фирм ThyssenKrupp и Voest Alpine Stahl достигнута наиболее высокая степень производственного рециклинга в чёрной металлургии стран ЕС. При этом металлургические заводы решали поставленную перед ними задачу с различными концепциями подхода /105…107, 264, 265/.

Фирма «Thyssen Krupp Stahl AG» была первым предприятием черной металлургии в Германии, на котором была внедрена система компьютеризованного сбора данных, позволяющая обеспечить надлежащее обращение с отходами с начала 1980-ых годов. Удалось уменьшить количество остаточных материалов с 2000 – 2500 кг/т жидкой стали (в 1940-ые годы) до уровня менее 600 кг/т к началу 1990-х годов. Кроме того, Thyssen Krupp Stahl одной из первых в ЕС внедрила систему контроля ISO 14001 и добровольную часть системы аудита экологического управления (EMAS). Ее целью /105, 106, 264/ была оптимизация структуры возврата во внутренние оборотные циклы производственных процессов вторичных железосодержащих материалов в соответствии с их экономической, технической и экологической оценкой.

На фирме Thyssen Krupp Stahl AG железосодержащие вторичные материалы образовывались в количестве около 235 кг на 1 т стальной продукции. Около 14% этих материалов утилизировались за пределами завода /105, 106/. Такая концепция ведения оборотного хозяйства приводила к высоким затратам на ремонт и повышенным издержкам на охрану окружающей среды в связи с получением большого количества остаточных материалов, которые приходилось выводить из процесса в виде отходов. В 2003 г. сооружен промышленный комплекс, включающий: отдельный тракт для подготовки крупнокусковых шихтовых материалов типа «козлов» из ковшей, фабрику для получения брикетов со смесителями, прессами, участком сушки, специальную установку для подготовки и загрузки шихты, а также шахтную печь «OxiCup».

Управление потоками материалов на фирме Thyssen Krupp Stahl AG начинается с приобретения сырьевых материалов и организации работы транспорта /108/. Критическими элементами управления потоками всех материалов является управление движением побочных продуктов и материалов производственного рециклинга, содержащих железо и углерод. К ним относятся:

– пыль из электрофильтра аглофабрики;

– пыль и шламы доменного производства,

– пыль, шлам и шлак кислородно-конвертерного цеха,

– окалина стана горячей прокатки, частицы, образующиеся при огневой зачистке, шлак, образующийся при резке, шлам с прокатной окалиной, загрязненной маслом;

– шлам, содержащий гидрооксид железа, стана холодной прокатки;

– шлам, содержащий гидрооксид железа, агрегата для нанесения покрытия на стальной лист.

Количество всех пылей и шламов, уловленных в установках для отделения пыли и в агрегатах для очистки технологических газов и для обработки воды, составляет приблизительно 70 кг/т жидкой стали. Управление потоками материалов является комплексным мероприятием, в котором обеспечиваются контроль, анализ, оценка потоков материалов и непосредственное управление этими потоками. Основные принципы:

– работа с веществами и отходами должна предусматривать формирование замкнутых циклов,

– концепции работы с отходами должны быть ориентированы на развитие в будущем,

– балансы отходов должны составляться ретроспективно.

Организация потоков вторичных материалов на заводе фирмы Voest Alpine Stahl следовала другому принципу решения. В основу использованного подхода была положена полная утилизация всех вторичных материалов, включая материалы отложенного рециклинга. Значительное место в реализации концепции отводилось сторонним специализированным предприятиям по переработке получаемых продуктов и полуфабрикатов. При этом предпочтение отдавалось оптимизированным по издержкам отдельным децентрализованным решениям, а не суммарным решениям по утилизации железосодержащих остаточных материалов, как на заводе фирмы Thyssen Krupp Stahl /107, 265/.

В результате анализа /103…108, 264, 265/ специалисты пришли к выводу, что будущий менеджмент потоками материалов на металлургическом заводе окажется синтезом (объединением) обеих описанных концепций. Ожидается, что имеющиеся сегодня границы систем будут дополнительно расширены, сотрудничество с заказчиками, соседями и коммунами (муниципалитетами) будет и далее развиваться и в оборотные циклы металлургических заводов будут включены и другие материалы.

Важно отметить, что все авторы, анализировавшие разработанные системы управления движением вторичных железосодержащих материалов использовали терминологию потока железа, а не металлургических материалов. Характерно, что и в работе /103/ говориться о «целевой области» степени извлечения железа из ресурсов всех видов, включая производственный и глобальный рециклинг железосодержащих материалов. Уровень степени извлечения железа, соответствующий 95 %, независимо от вида используемых ресурсов рассматривается как признак ЭЧП. Аналогичный подход имеет место на предприятиях Японии, где в рамках концепции «Экокомбината» сведения о движении железа в металлургическом регионе рассматриваются в качестве неотъемлемой части социальной политики в области металлургии /109/.

Закон о стимулировании контроля и ограничения выброса в окружающую среду специальных химических веществ (Регистр выброса и переноса загрязнителей PRTR) предусматривает обязательную отчетность, начиная с 2001 г. Закон предусматривает создание системы телеизмерений. На заводах в Курэ, Сакаи, Итикава данные экологического контроля через систему телеизмерений пересылаются органам местного самоуправления, служат объектом постоянного мониторинга, так что в случае образования фотохимического смога или другого чрезвычайного экологического происшествия имеется возможность оперативно принять меры. Многие авторы отмечают целесообразность использования в качестве характеристики ЭЧП в черной металлургии движения железа в металлургическом регионе /109…111, 266, 267/.

В России разработки в области управления движением вторичных ресурсов в основном связаны с переработкой накопленных предприятиями шламов, шлаков и отходов заводских ТЭС. Подробно описана переработка и использование техногенных отходов на НТМК /268…270/ (Рисунок13).

Основными техногенными отходами комбината (по объему образования) являются металлургические шлаки и железосодержащие отходы (ЖСО), которые на предприятии принято подразделять на три группы: мелкодисперсные, рядовые (нефракционированные) и фракционированные. Мелкодисперсные материалы представлены конвертерными и доменными шламами, пылями колошниковыми и газоочисток мартеновских печей, замасленной окалиной вторичных отстойников прокатных цехов. Для переработки отвальных сталеплавильных шлаков в 1996 г. введен в действие цех переработки техногенных образований (ЦПТО), построенный по технологической разработке фирмы «Эрих Фридрих» (Германия).

 

 

 

Рисунок 13. Структура образования и потребления отходов в ОАО «НТМК».

 

 

В ОАО «ММК» /271/ для переработки текущих конвертерных и отвальных мартеновских шлаков в 1994 г. была пущена в эксплуатацию установка АО «Хеккет Мультисервис». Магнитный продукт переработки сталеплавильных шлаков используется в агломерационном и доменном производстве в количестве 35,6 кг/т агломерата и 2-12 кг/т чугуна. Скрап фракции 50-350 мм применяют в шихте конвертерной плавки (10-15% массы металлолома). Остальную часть железосодержащих отходов составляют образующиеся в результате переработки металлургического сырья и обработки металлургической продукции на соответствующих переделах шламы, пыль и окалина. При общем образовании мелкодисперсных отходов немногим более 1,2 млн. т в год уловленная в агрегатах газоочистки пыль и шламы составляют около 0,66 млн. т в год. Основной объем дает доменный цех в виде колошниковой пыли, шламов и аспирационной пыли – всего 0,545 млн. т в год. В прокатном производстве образуется 0,268 млн. т окалины в год.

В целом в ОАО «ММК» утилизируется более 1 млн. тонн в год железосодержащих отходов, или 83,96% от их общего объема. Основная масса вторичного сырья перерабатывается при производстве агломерата. Отработана технология переработки магнитогравитационным способом хвостов обогащения и других отходов, хранящихся с 1951 г. в шламохранилище наливного типа. Запасы этого сырья составляют 11,46 млн. т, в том числе 2,2 млн. т с содержанием железа 25-30 % и 9,26 млн. т с содержанием железа свыше 30 %.

На ЗСМК /272, 273/ большинство отходов утилизируется в составе шихты для производства офлюсованного доменного агломерата в агломерационном цехе аглоизвесткового производства (АИП). Не вовлеченными в переработку остаются шламы доменного и сталеплавильного производств из-за повышенного содержания в них цинка и высокой влажности, разработан оригинальный комплекс по переработке отвальных шламов доменной газоочистки, которые безуспешно пытались переработать в течение нескольких десятилетий.

 

Рисунок 14. Принципиальная схема движения вторичных (оборотных) материалов в технологическом цикле ОАО ЗСМК

Ресурсо - экологические решения по утилизации отходов металлургического производства на НЛМК /274/ принципиально отличаются от практики других отечественных предприятий. Признавая предпочтительность системных решений, на Новолипецком металлургическом комбинате (НЛМК) разработали, внедрили и сертифицировали систему управления окружающей средой в формате стандартов ИСО серии 14000, где в качестве одной из стратегий развития предприятия обозначено развитие процессов переработки техногенных отходов и использования вторичных ресурсов. В начале 2004 г. ОАО «НЛМК» ввело в эксплуатацию новый комплекс по переработке отходов производства.

Конкретная схема реализации концепции глобального рециклинга отходов на НЛМК представлена на рисунке 15 «Концепция глобального рециклинга отходов производства на НЛМК». Принципиальным моментом концепции является выделение отдельной доменной печи для осуществления функции глобального рециклинга. При этом решается проблема экологически безопасного уничтожения отработанного синтетического трансформаторного масла, замасленной окалины, отработанных моторных масел и других отходов нефтепродуктов.

Рисунок 15. Концепция глобального рециклинга отходов производства на НЛМК.