Отходы обработки металлов при производстве готовых металлических изделий
Источники образования металлолома можно условно разделить на три категории:
- изделия, пришедшие в негодность;
- конструкции, детали или механизмы, отработавшие предельный ресурс эксплуатации;
- отходы, образующиеся при обработке металлических заготовок, продуктов.
Последняя группа характеризуется таким видом лома, как стружка, шлак, окалина, обрезь и прочее. Отличительные особенности, характеризующие отходы обработки металлов при производстве готовых металлических изделий – высокий процент лома и его качественный состав. Второй фактор связан со спецификой внешнего слоя металлической заготовки, обладающего лучшими прочностными характеристиками, чем сердцевина. Точная доля отходов, получаемых при обработке металла, зависит от вида конкретного процесса.
Отходы обработки металлов давлением (волочением, прессованием, ковкой, штамповкой)
Обработка металлов давлением
Это наиболее экономичный – малоотходный, способ получения металлических изделий, где доля лома не превышает 25%. Для сравнения, при механической обработке (резке, например), уровень металлолома составляет до половины массы готовой продукции. Среди имеющихся способов обработки давлением, наибольшей эффективность отличается холодная штамповка, характеризующаяся уровнем отходов до 10%.
Наиболее распространенные типы отходов при обработке металлов под давлением – это шлак, образующийся в процессе сжигания кокса, и окалина. Последний вариант присутствует в следующих методиках:
- прессование – состав лома содержит до 15% нефтепродуктов, отдельно отходы содержатся в приямках после демонтажа оборудования;
- ковка черного металла;
- штамповка поковок – в этих отходах вхождение нефтепродуктов превышает 15%;
- механическая очистка деталей, изготовленных горячей штамповкой.
Отдельно следует оказать образование цветной окалины в металлургии, сопровождающее производство медной проволоки по технологии волочения с одновременным отжигом.
Отходы при механической обработке металлов
Это наиболее распространенная форма металлолома в виде стружки, металлической пыли и прочего, знакомая мужской части населения по урокам труда, еще со школы. В данную категорию вошел металлолом, образующийся посредством процесса:
- резания (точение, фрезерование, сверления; долбление и прочих видов);
- шлифования или галтовки;
- зачистке узлов оборудования.
При резании, встречаются следующие виды металлических отходов:
- Стружка – основной вид лома, классифицируется на незагрязненную и содержащую нефтепродукты по ФККО. К первому виду относят стружку, сортированную по типу материала: чугунная, стальная, медная и прочие; а также несортированную – отдельно по черным, цветным металлам. К загрязненной стружке приписывают отходы, загрязненные нефтепродуктами (менее и более 15% раздельно) или смазочно-охлаждающей жидкостью.
- Опилки. Классифицируются аналогично стружке по типу обрабатываемого материала: чугун, сталь, медь, алюминий, титан, сплавы и прочие, а также смесь черных или цветных металлов.
- Абразивно-металлический шлам. Разделяется на две группы, по степени загрязненности нефтепродуктами: до и свыше 15%.
- Отходы зачистки устройств по электроэрозионной обработке стали, с содержанием масла менее 15%.
Скопившаяся на предприятии стружка
Отдельно рассматривается лом, образующийся в процессе шлифования металлов. Их можно распределить на три категории:
- абразивная пыль или порошок;
- шлифовальный шлам;
- отходы, содержащие оксиды металлов.
Абразивная пыль образуется при ручной шлифовке черных и цветных металлов, а также отдельно при работе на галтовочной установке. Абразивный порошок разделяют на 4 вида. Первая разновидность содержит пыль, сортированную по типу цветного металла, с его содержанием более 50%. Несортированный порошок – это смесь отдельно черного и цветного, а также обоих видов металла одновременно. Для пыли чермета выполняется дополнительная классификация по содержанию металлических частиц: до 50% и более.
При механическом шлифовании образуется шлам, состав которого включает:
Следует добавить, что при галтовке, наряду с пылью, присутствуют неметаллические отходы – древесные опилки, например.
Отходы при термической обработке металлов
Термическая обработка металлов
Данная категория включает три разновидности вторичного продукта:
- отработанные расплавы хлоридов, бария, магния, натрия, калия, а также других производных этих элементов, включая сульфаты, нитраты и гидроксид;
- окалина;
- отходы аспирации.
Вторичные расплавы образуются при обработке металлов в закалочных ваннах, тогда как окалина – следствие термического воздействия в печах или нагрева титана перед деформацией. Отходы аспирации – результат химико-термической обработки металлов. С другой стороны, та же окалина образуется при очистке закалочных ванн.
Альтернативный способ обработки металла, сочетает два вида воздействия: механическое и тепловое. Образующийся вторичный продукт, в этом случае – отходы при термической резке металлов. Они состоят из пастообразного осадка ванн для плазменной резки и разнообразных типов окалины. Она – следствие кузничной обработки, а также газовой, лазерной или плазменной резки.
Еще одна разновидность термообработки металла – сварка. На практике применяется несколько разновидностей этого процесса:
Отходы при обработке металлов сваркой – это отработанные электроды (стальные или углеродные огарки), остатки разложения карбида кальция и соответствующий шлак.
Отличительная особенность рассмотренных разновидностей вторичного продукта – его промышленное происхождение в процессе производства металлических изделий. Таким образом, данные отходы накапливаются преимущественно на металлургических предприятиях и могут использоваться в последующем производстве металла напрямую, с минимумом посредников.
Отходы металлургического производства
Природно-ресурсный потенциал России огромен, но не бесконечен. Это делает актуальными вопросы использования ресурсов и сопутствующие им экологические проблемы, возникающие по техногенным причинам. Поэтому так важно решение вопроса о рациональном применении твердых промышленных отходов (ТПО), скапливающихся в процессе металлургического производства, то есть о применении малоотходных технологий в металлургии.
Переработка отходов металлургических производств
Работа современных предприятий, занятых в металлургической сфере, направлена не только на производство заготовок и изделий из металла, но и на переработку ТПО: любой серьезный металлургический завод имеет в своем распоряжении производственные ресурсы для их переработки.
Переработка вторичного сырья включает в себя два процесса, в равной степени применимых как к черному, так и к цветному металлу: утилизацию и рециклинг.
Утилизация
Процесс утилизации подразумевает переработку ТПО с целью их повторного использования. Утилизация включает в себя резку, сортировку, очистку и обработку отходов, в результате чего получаются имеющие практическую ценность материалы. Примеры утилизации — шлаковая пемза или минеральная вата: будучи продуктами металлургии, они являются не металлом, а силикатными материалами, полученными из отходов производства.
Утилизацию нередко смешивают с уничтожением, но это два разных понятия. При утилизации получается новый продукт (в том числе тепловая энергия), тогда как уничтожению подвергаются абсолютно непригодные к дальнейшему использованию отходы.
Рециклинг
В отличие от утилизации рециклинг — процесс переработки отходов, ставящий результатом их возвращение в производственный цикл. При этом вторсырье используется в производстве по своему прямому назначению. Основными технологиями рециклинга, применимого к металлическому лому и мусору, являются измельчение и переплавка.
Пример рециклинга — переплавка и повторное использование в металлургическом производстве лома черного или цветного металла. Так, полученная в результате рециклинга сталь по своим характеристикам практически не уступает той, которая выработана непосредственно из железной руды, а добавленные в нее присадки еще и способны выделить и усилить необходимые для дальнейшего ее использования в промышленности характеристики. Рециклингу подвергают и бытовой металлический мусор — жестяные банки из-под напитков, металлические крышки от бутылок.
Использование ТПО
Наибольшие возможности для вторичного использования представляют собой куски лома разных категорий и групп. Габаритные куски лома (например, образовавшиеся в процессе строительства коммуникаций) переплавляют для получения металлопроката.
Однако современные технологии переработки ТПО основаны на рациональном использовании даже тех отходов, которые кажутся бесполезными (металлические стружки, железные опилки) и содержат в себе мало металлов (шлаки, шлам).
Мелкие металлические отходы, скрап и высечка
Мелкие металлические отходы и обрезки подвергают рециклингу — брикетируют или дополнительно измельчают, переплавляют и вновь используют в литейном или химическом производстве.
Высечка — отход прессовального производства, представляющий собой перфорированную металлическую ленту или лист, — часто используется и без вторичной переработки. Материал применяется в строительстве как армирующее средство для усиления кирпичной кладки, при закладке фундамента, возведении стен.
Благодаря своим прочностным и эстетическим свойствам высечка разных видов активно используется и как материал заграждений: она заменяет собой сетку-рабицу или применяется как верхняя часть глухих (например, бетонных) заграждений для обеспечения вентиляции огороженной территории.
Шлак в строительстве и металлургии
Шлаками называют побочные продукты или отходы от производства металла. До 80% всех ТПО на металлургическом производстве составляют именно они. По своей структуре шлаки — силикаты с различным процентом содержания железа или другого металла.
В основном шлаки утилизируются. В результате их переработки получается экономичная продукция, востребованная в строительстве:
- гранулированные шлаки — используются при изготовлении портландцемента и шлакоблоков, для заполнения пустот в бетоне;
- щебень — применяется для изготовления бетона, укрепления фундамента и дорожных покрытий;
- шлаковая пемза — служит компонентом в изготовлении шлакобетона для ограждений и несущих конструкций;
- минеральная вата — действует как тепло- и звукоизоляционный материал стен, перекрытий, дверей и т.п.
Доменные шлаки используют и в шлаковом литье. Например, произведенные этим способом металлошлаковые трубы существенно экономят металл, который уходит на строительство трубопровода.
Частично шлак перерабатывается и с целью получения обратного продукта металлургии. Так, из ферросплавных шлаков, благодаря высокому содержанию в них железа, добывают частицы металла с использованием технологий дробления, магнитной сепарации.
Обратный продукт получают и из шлаков цветных металлов, но технология добычи из них частиц металлов пока недостаточно совершенна и потому не получила распространения.
Шлам: возможности переработки
Шламом называют отходы разработки горной породы или производственного процесса в виде пыли, грязи, мелкого порошка, осадка. В металлургии шлам образуется в результате газоочистки доменных и мартеновский печей, конвертеров, задействованных в производстве стали и чугуна.
В процессе плавки на каждую тонну стали приходится примерно 12-24 кг шлама, который может использоваться в металлургии. Малоотходные технологии подразумевают извлечение из него металлических частиц и их «спекание», то есть получение агломерата, который может затем применяться в агломерационной шихте при выплавке чугуна.
В промышленности находит применение и использование шлама некоторых цветных металлов. Так красный бокситный шлам, отход производства алюминия, используют в производстве цементов, шлакового щебня, дорожных покрытий.
Проблема малоотходных технологий пока стоит остро. Крупное металлургическое предприятие в среднем перерабатывает за год 1 млн тонн сырья. Это означает, что каждые сутки к отходам металлургического производства прибавляется 500 тонн одних только шлаков, не говоря о шламе, золе, вредных веществах типа диоксида серы, оксида азота. Сбрасывание отходов в отвалы и шламохранилища экономически невыгодно, чревато истощением природных ресурсов и загрязнением окружающей среды. Поэтому все большее распространение получают крупные производственные базы по получению и переработке металлов, а также освоению скапливающихся ТПО.
Свой вклад в экономику и экологию вносят и небольшие базы приема металлолома, которые занимаются сортировкой и утилизацией лома черных и цветных металлов разных категорий, включая мелкий лом — металлические отходы, пригодные для брикетирования. Отходы сортируют, очищают, при необходимости измельчают и сдают на металлургические предприятия или цементные заводы, а вредные отходы транспортируют на специальные полигоны, где уничтожают.