第六章金属材料和冶金流程的环境协调化

第六章金属资料和冶金流程的环境协调化1内容6．1金属类生态环境资料6．2钢铁冶金清洁消费的环境协调性6．3环境协调的铝电解消费技术6.4镁工业的环境特征6.5冶金工业废渣的综合利用6．6再生金属资源利用2世界钢产量3世界铝产量46.1金属类生态环境资料从环境资料的根本观念出发，资料本身无毒无害、全寿命过程资源和能源耗费少、可再生循环、高效率运用等要求对金属资料的冶金、制备工艺和合金化等提出了不同于传统金属资料合金设计、加工制备等方面的要求，不仅要开展资料的运用性能，而且要充分思索资料对环境的影响。5一、合金元素无害化、资源丰富和易于再生循环1．添加元素无毒无害化2.合金元素的选择3．采用资源丰富、廉价易得的元素替代昂贵稀缺的合金元素，研讨开发具有高性能、低环境负荷的新钢种67二、围绕降低资源、能源耗费和降低排放进展的工艺技术构造调整“节能降耗、紧凑流程、降低排放、改善环境〞是金属冶炼、加工工艺环境协调性改良的中心内容宝钢二号高炉喷煤系统8三、开展高效率运用的金属资料从90％以上所消费的钢铁构造资料强度来看，目前消费的最高强度只需实际强度的1/7~1/6，铝合金的实践强度也只到达实际强度的1/20~1/1096.2钢铁冶金清洁消费的环境协调性一、清洁消费的概念和内容对消费过程及其产品延续地实施集成的、预防性的环境维护战略，以减少消费对人类及其环境的风险，就过程而言，它包含节约原料和能源，革除有毒原资料的运用，减少各种废物排放量和危害性，对于产品而言，那么要求减少从消费原料到产品报废后最终处置的“产品生命周期〞对人类及其环境的不利影响。清洁消费是以最大限制提高资源的利用率和减少环境的不利影响为目的10清洁消费包括以下几方面的内容：〔1〕选择清洁原资料和能源；〔2〕选择无污染和少污染的替代产品和清洁工艺、设备；〔3〕强化消费技术管理和技术改造，提高物质流在消费全过程中资源、能源综合利用率；〔4〕减少消费排泄物，以最少量的投入获得最高的产出、最少的污染，并高效率、低费用途置和处置必排的少量污染物。11二、钢铁工业清洁消费技术与环境效益的关系1.烧结工序清洁消费技术对环境的影响2.炼铁工序清洁消费技术对环境的影响3.炼钢工序清洁消费技术对环境的影响4.轧钢工序清洁消费技术对环境的影响5.综合利用技术对环境的影响12三、实施清洁消费降低环境负荷的结果〔1〕对于烧结工序〔2〕对于高炉炼铁工序〔3〕对于炼钢工序〔4〕对于轧钢工序13四、钢铁工业清洁消费改良环境影响工艺措施1.原料预备2．炼铁系统1〕继续完善和改建高炉炼铁工艺〔1〕增大高炉喷煤，降低焦比〔2〕实现高炉炉容大型化〔3〕需用新的烧结、焦比节能工艺和节能技术2〕熔融复原炼铁3．炼钢工艺技术及连铸技术4．轧钢技术的开展146.3环境协调的铝电解消费技术2Al2O34Al+3O2大型铝电解槽在高温下运转，能加速钠对槽内衬的浸蚀和钠铝氧化物的生成，降低槽寿命。一、铝电解工艺的环境改善1．铝电解槽的大型化开展1〕大型预焙槽的开展2〕低温电解技术15300KA大型预焙槽年产15万吨电解铝消费线投资6000多万元兴建的300KA大型电解铝烟气干法净化回收系统162．铝电解烟气净化国际上通用的烟气净化方法是干法净化，干法吸附的原理是利用低温下氟化氢能与氧化铝发生化学吸附和物理吸附，即以电解铝消费原料氧化铝为吸附剂，在给定的条件下吸附烟气中的氟化物。1718二、环境协调的铝电解技术新资料1．惰性阴极资料研讨1〕可潮湿阴极可潮湿阴极的优点，是它与铝熔体的潮湿性好，铝液可在其上构成一薄层。这样，在新型槽的阴极上就不需求厚的铝液层，磁场的作用几乎降为零，磁场对铝液层不能起扰动作用，铝液面坚持平整，因此极距可以大为降低，仅坚持必要的热平衡需求即可。TiB2是独一在铝液中溶解度很小、导电率高、且能为铝液潮湿的资料。硼化钛阴极资料主要有两种：一是涂层阴极，包括：TiB2-碳胶涂层，TiB2等离子喷涂层，TiB2电镀层；二是TiB2复合体。192〕硼化钛涂层阴极TiB2涂层的导电性能好，有涂层的阴极电阻率比无涂层的炭阴极电阻率低50%；对铝熔体的潮湿性好，可有效阻挠电解质对炭块的浸透，有利于延伸阴极运用寿命；可以提高电流效率，降低铝电解的能耗。3〕硼化钛复合阴极TiB2阴极对铝液的潮湿性良好，使氧化铝沉淀不易黏附在阴极外表，阴极电流分布均匀；另一方面有利于减少磁场呵斥的铝液动摇，阳极电流分布更趋均匀，有效地降低了铝的再溶解损失。202．惰性阳极资料研讨1〕惰性阳极假设可以开发出惰性阳极电解槽，阳极产物将是氧气，这对现行电解工艺中放出CO2来说，消除CO2排放是革命性变革。对阳极资料的要求是：导电率≥现用碳阳极；腐蚀率<100mm/a，寿命≥5年；电流密度为0.8A/cm2的条件下，阳极过电压ηa<0.5V；铝的质量≥现行的铝质量，不能含Be、Cr等有害环境的元素。3〕金属基陶瓷2〕金属氧化物陶瓷216.4镁工业的环境特征镁的比重轻，具有高的比强度和比刚度，良好的阻尼和电磁屏蔽性能，易于再生利用等一系列独特的优点。一、镁矿的资源特点镁是地壳中含量较丰富的元素，占地壳质量的21％，按量排序为第8位，在海水中含量1.1kg/m2，在溶解的矿物质中排第3位。22二、镁冶金的环境负荷1.镁冶炼的环境负荷镁的消费方法主要有熔盐电解法和硅热复原法。电解法镁厂的主要污染物是含Cl2、HCl废气、氯盐废渣、酸性废水和含铬废水。硅热法炼镁工艺中，有内热法、外热法和半延续法三种工艺。232(CaOMgO)(固)+Si(Si-Fe)(固)===2Mg(固)+2CaOSiO2(固)242．镁精炼的环境负荷我国皮江法镁厂多以SO2为维护气体3．镁冶金废弃物的综合利用镁精炼会产生废渣40～100kg/t〔Mg〕，由含金属氯化物、氟化物组成，其中含有金属镁15％～45％利用途径有：加维护性熔剂，把含镁废料熔化，聚集金属镁；或加维护性熔剂，把剩余物稀释，将金属与熔盐分别；进展机械破碎，再把废石筛出；将液态剩余物进展离心分别。皮江法炼镁中产生的复原渣，可用于水泥消费中。25三、镁制品的环境效能1．镁制品的运用镁的质量轻，相对密度为1.74，比铝轻1/3，比强度高，机械性能好，广泛用于航空、汽车、造船等工业。镁在冶金中的运用，主要是炼钢脱硫、球墨铸铁和钛、铍、锆、铪、钍、铀的复原剂。镁对氧的亲和力大，作为牺牲阳极，广泛用于阴极维护。镁合金的机械性能优越，可以加工成外形复杂的机械构件。镁作为储能资料的研讨，也在向适用化开展。262.镁制品的循环再生性我国镁产量已居世界首位，占世界总产量的40％以上，也是镁的出口大国。镁的再生性强，与铝合金相近似。276.5冶金工业废渣的综合利用2829一、钢渣经济效果最好的途径是将钢渣作为高炉、转炉炉料，在钢铁厂内自行循环运用。此外还可作道路资料、建筑工程资料、肥料以及填坑造地等。1．钢渣的组成炼钢过程是除去生铁中的碳、硅、磷和硫等杂质，使钢具有特定性能的过程，也是造渣资料和冶炼反响物以及熔融的炉衬资料生成交融物的过程。30钢渣的主要矿物组成为硅酸三钙〔C3S〕、硅酸二钙〔C2S〕、钙镁橄榄石〔CMS〕、钙镁蔷薇辉石〔C3MS2〕、铁酸二钙〔C2F〕、RO〔R代表FeO、MgO、MnO构成的固溶体〕、游离石灰〔f-CaO〕等。312．用作冶金原料1〕作烧结熔剂烧结矿中配5％～15％粒度小于8mm的钢渣替代熔剂，不仅回收利用了渣中钢粒、氧化铁〔FeO〕、氧化钙〔CaO〕、氧化镁〔MgO〕、氧化锰〔MnO〕、稀有元素〔V、Nb…〕等有益成分，而且成了烧结矿的加强剂，显著地提高了烧结矿的质量和产量。2〕作高炉或化铁炉熔剂钢渣直接前往高炉做熔剂，其主要优点是利用渣中氧化钙〔CaO〕替代石灰石，同时利用了渣中有益成分，节省了熔剂耗费〔石灰石、白云石、萤石〕，改善了高炉渣流动性，添加了炼铁产量；其缺陷是钢渣成分动摇大。323〕钢渣做炼钢前往渣4〕从钢渣中回收废钢铁总之，钢渣在钢铁厂内部做冶金原料运用效果良好，利用价值也高，但最不利的要素是磷的富集而影响炼钢。333.用于建筑资料钢渣中含有和水泥相类似的硅酸三钙、硅酸二钙及铁铝酸盐等活性矿物，具有水硬胶凝性1〕消费水泥2〕高炉渣、钢渣玻璃与陶瓷可制备高性能工业用玻璃陶瓷资料3〕碎石和细骨料钢渣替代碎石和细骨料具有资料性能好、强度高、自然级配好的优点，并且对开发利用老渣山有意义。344．钢渣用于农业钢渣是一种以钙、硅为主含多种成分的具有速效又有后劲的复合矿质肥料，由于钢渣在冶炼过程中经高温煅烧，其熔解度已大大改动，所含各种主要成分易溶量达全量的1/3～1/2，有的甚至更高，容易被植物吸收。钢渣内含有微量的锌、锰、铁、铜等元素，对缺乏此微量元素的不同土壤和不同作物，也同时起不同程度的肥效作用。35二、赤泥36赤泥是铝土矿提炼氧化铝过程中产生的废弃物。赤泥的成分和性质有较大的差别，赤泥的利用方法也不一样。1．赤泥堆存的现状我国的氧化铝厂，大都采用平地高台、河谷拦坝、凹地充填等方法堆存赤泥，由于未采取任