冶金资源与环境

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Email:， Tel:023-65102467,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,冶金工程专业课程,课程名称：冶金资源与环境,课程时间：1-5周,7-9周,主 讲 人：陈登福 杨剑,2010年3月,目 录,1,2,3,4,5,概 论,冶金工业的污染物排放及其危害,钢铁工业废气的控制治理与综合利用,冶金固体废弃物的处理与利用,钢铁工业废水的治理与利用,2.1 钢铁冶金工业流程,冶金工业的污染特点是量大、面广、危害重,钢铁企业主要排污工序,焦化,烧结,炼铁,炼钢,轧钢,焦化,一般指有机物质碳化变焦的过程,烟煤在隔绝空气的条件下，加热到950-1050，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成焦炭，这一过程叫高温炼焦,冶金焦是高炉焦、铸造焦、铁合金焦和有色金属冶炼用焦的统称。由于90%以上的冶金焦均用于高炉炼铁，因此往往把高炉焦称为冶金焦,焦化污染,烟气和粉尘(装煤、出焦、熄焦工序)；H2S等有害污染物(副产品工序)；焦炉煤气等。粉尘中主含C粒和脉石成分等,熄焦、焦炉煤气除尘和副产品回收工序产生的废水中的水体污染物有：酚、氰化物、氨、氯化物等,烧结,烧结是把粉状物料转变为致密体的一种工艺过程,高炉炼铁生产前，将各种粉状含铁原料，配入适量的燃料和熔剂，加入适量的水，经混合和造球后在烧结设备上使物料发生一系列物理化学变化，烧结成块，其目的在于通过颗粒间的冶金结合以提高其强度,目前生产上广泛采用带式抽风烧结机生产烧结矿。主要包括烧结料的准备，配料与混合，烧结和产品处理等工序,灰尘(破碎及筛分、干燥、烧结工序)；SOx、NOx等气态污染物(烧结过程)。粉尘中主含铁的氧化物和脉石成分等,炼铁,钢铁生产中的重要环节。这种方法是由古代竖炉炼铁发展、改进而成的。尽管世界各国研究发展了很多新的炼铁法，但由于高炉炼铁技术经济指标良好，工艺简单，生产量大,劳动生产率高,能耗低，这种方法生产的铁仍占世界铁总产量的95以上,高炉炉顶工序(产生粉尘、SO2、HF、CO等)；渣场工序(产生灰尘、SO2等)；铸铁机工序(产生灰尘)。粉尘中主含铁的氧化物和脉石成分等,高炉冷却水(热水的热污染)；煤气净化工序(固体悬浮物、酚、氨、氰化物等)；高炉冲渣工序(固体物、H2SO4等),高炉渣。包括炼钢铁水渣、铸造生铁渣、特种生铁渣,高炉、烧结等工序。包括高炉鼓风机及蒸气机透平，冷风管道节流装置，热风炉鼓风机，高炉放风阀，烧结机组的排风机、空压机等,炼钢,在高温条件下，用氧气或铁的氧化物把生铁中所含的过量的碳和其它杂质转为气体或炉渣而除去,炼钢过程的污染,转炉工序(产生粉尘、CO等)；电炉工序(产生粉尘、CO、SOx、NOx等)；其粉尘中主含铁的氧化物。浇铸工序(产生粉尘、水蒸气等),炉体冷却水(热水的热污染)；氧枪等冷却水(有一定温度的软水)；煤气净化水(含氧化铁的固体物、HF、H2SO4等)；炉渣水淬工序(热水、固体物、H2SO4等)；浇铸工序(热水、固体物、氧化铁皮、油类物质等),钢渣。包括转炉渣与电炉渣。连铸工序的氧化铁皮,氧枪吹氧，空压机、鼓风机、模铸钢锭的脱模、整模、电炉炼钢炉料熔化、机车运输等,轧钢,轧钢的目的一方面是为了得到需要的形状；另一方面是为了改善钢的内部质量，提高钢的力学性能,轧钢过程的污染,加热工序(产生烟气、SO2等)；金属酸洗、轧制工序(产生酸雾、氧化铁的烟气等),设备冷却水(热水、含铁氧化物等)；热轧、冷轧工序(油类物质、氧化铁皮、其它固体物质等)；酸洗工序(亚铁盐、氢氧化铁、含铁的沉淀物、废酸等),轧机运转、钢材轧制、钢材与辊道摩擦碰撞、热锯切割、钢板的人工精整、翻板、空压机、钢锭加热用鼓风机、电动机等,2.2 烟气中的主要污染物及其危害,清洁空气的组成,自然状态下的大气由混合气体、水汽和悬浮物微粒组成。除去水汽和微粒的空气称为干洁空气,大气污染,由于人类活动和自然过程引起的某种物质进入大气层中，呈现出足够的浓度并达到足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境的现象,局部地区大气污染,区域性大气污染,广域性大气污染,全球性大气污染,大气污染物的种类,种类很多。根据其存在形态，分为两大类。即颗粒污染物和气态污染物。,(1)颗粒污染物,粉尘(dust)。系指悬浮于气体介质中的细小粒子,烟(fume)。系指冶金过程形成的固体粒子的气溶胶,飞灰(flyash)。系指由燃料燃烧后产生的烟气带走的灰分中分散的较细的粒子,灰分(ash)系指含碳物质燃烧后残留的固体渣,黑烟(smoke)。系指由燃烧产生的能见气溶胶。不包括水蒸汽,雾(fog)。泛指小液体粒子的悬浮体,总悬浮物颗粒(TSP)。系指大气中粒径小于100微米的所有固体颗粒,大气污染物的种类,(2)气态污染物,气态污染物极多，主要有5个方面,以二氧化硫为主的含硫化合物,以一氧化氮和二氧化氮为主的含氮化合物,碳的化合物,碳氢化合物,卤素化合物,大气质量控制标准,指以保障人体健康和生态系统不受破坏为目标，对大气环境中各种污染物所规定的含量限度。它是进行大气质量管理评价，制订大气污染防治规划和污染排放标准的依据，也是环境管理部门的工作指南和监督依据,1982年我国制订的,“大气环境质量标准”,GB3095-82将大气的环境质量分为三级。,一级标准：为保护自然生态和人群健康，在长期接触的情况下，不发生任何影响的空气质量要求,二级标准：为保护人群健康和城市、乡村的动植物在长期和短暂接触情况下，不发生伤害的空气质量要求。,三级标准：为保护人群不发生急性、慢性中毒和城市一般动植物(敏感者除外)正常生长的质量要求,钢铁行业的主要大气污染物,二氧化硫,氟化物,烟尘,一氧化碳,氮氧化物,二氧化硫(SO2),SO2是一种无色有刺激性的气体，为最普遍和最主要的污染大气的物质。SO2的浓度是衡量大气污染程度的一项重要指标,(1)SO2的来源,主要来源：燃烧含硫的燃料；熔化含硫化物的矿石,来源的主要工业部门：金属的冶炼，燃煤电厂发电，石油及其炼油工业，化学工业等行业,钢铁生产中排放的SO2在所有工业部门中占第二位,烧结工序是钢铁冶炼工艺中排放SO2所占比重最大的工序，占总排放量的40%-60%,（2）SO2的迁移及运动,工业SO2通过烟囱排入大气,SO2在低空停留的时间不长，小于714天。因而一般不会形成有毒的气体层,SO2遇水雾会形成硫酸雾,SO2在大气中通过光化学作用和空气中的微尘催化作用发生氧化，生成硫酸和硫酸盐微粒,形成酸雨降落到地表,（3）SO2的危害,大气被SO2污染以后，平均浓度一般仍然较低，但是在短时间内可能出现局部的SO2浓度高峰值则非常有害，往往造成急性烟雾事件,硫酸雾腐蚀性较强，对人体有害,低浓度SO2长期作用于呼吸道和肺部，会使呼吸系统的生功能减退，肺胞的弹性减弱，肺功能降低；可引起气管炎、支气管哮喘、肺气肿等,SO2进入血液，会破坏酶的活性，影响醣及蛋白质的代谢,硫酸雾对金属工业、城市中的各种建筑和结构有较严重的腐蚀,SO2对农作物有害。将使之生长不良和减产,氟化物,(1)氟化物的来源,氟化物是钢铁生产污染大气的主要物质之一,如用萤石炼钢排出的烟气、矿石烧结排放的烟气，均含有较高的氟化物,氟化物的其它来源：磷肥厂、玻璃制造及搪瓷制造厂等,(2)烟气中氟化物的种类及性质,烟气中氟化物的种类：元素氟、可溶解的气态氟化物HF、可溶解的NaF、以及不能溶解的冰晶石(Na3AlF3)等,烟气的氟化物中，主要含量为HF，毒性很大,元素F在空气中与水蒸气反应可迅速地形成HF，HF可吸附在空气中的微尘上。HF在水中的溶解度极大,(3)氟化物的危害,对人体的危害。可由人体的呼吸道吸收,F可与人体中的骨骼、血液中的Ca结合生成CaF，导致氟骨症,高浓度的HF能引起支气管炎和肺炎,氟化物可引起牙齿的酸蚀症，使人易患牙炎,氟化物可引起皮肤的骚痒和皮炎,对植物的危害,危害程度比SO2大得多，可大近几十倍,植物受害后，几小时可出现枯萎现象，绿色消失，以幼芽、幼叶阶段受害最为严重,氟化物对植物有蓄积毒害的作用。任何低浓度的氟化物在长时间作用下，植物的受害也很严重,对动物的毒害作用,氟化物可在动物组织中积蓄。可使动物出现牙根萎缩、牙齿松动、骨骼异常、骨质软化。可使动物特别是牛的体质变弱，产奶量降低,HF与硫酸铍一道时，可显著增加它对动植物的毒害作用,氟化物对金属、玻璃有一定的损害作用,灰尘(总悬浮物颗粒物，TSP),(1)来源,烟尘是大气中最重要的污染物质。量很大，组成很复杂。,来源：燃料燃烧过程为第一位；,矿石的处理为第二位；,冶金生产排放的烟尘量占第三位。冶金工业是排放粉尘的主要工业部门。,我国目前已成为世界上烟尘排放量最大的国家之一,(2)烟尘的种类、尺寸及性质,烟尘的种类(化学成分)：与生产与排放工艺、原料及燃料种类及性质不同而异。,钢铁工业排放的烟气含有：氧化铁、二氧化硅、三氧化二铝、氧化钙及其它的金属氧化物。,钢铁工业排放烟尘的尺寸：最大的达几百微米，最小的远远小于一个微米。,烟尘在大气中的性质：大于10个微米的尘粒在离烟囱不远处将很快沉降；101微米之间的尘粒可长时间飘浮于空气中；小于1微米的尘粒将随气流一道运动，很不容易沉积,(3)烟尘的危害,对人体的危害很大。,烟尘化学成分。烟尘中游离的SiO2、有毒的金属氧化物、放射性物质粉尘的危害性最大。,烟尘颗粒大小与尺寸。烟尘颗粒越细，危害程度越大。2m的粉尘，人体器官可防护95%，绝大部分进入人体的粉尘可排出体外。1000)，碳的燃烧反应得到的产物中绝大部分为CO(90%),来源：机动车辆排出的废气，燃煤电厂锅炉煤粉燃烧产生的废气，燃煤和燃油或燃气的蒸气锅炉产生的废气，冶金生产过程炼焦、炼铁、炼钢及加热炉、矿粉的烧结过程等排出大量的CO,从CO对环境的影响中，以汽车排放废气中的CO对大气的污染(特别是城区大气污染)最为严重,(2)CO的危害及性质,CO轻于空气，为一种无色、无味和难溶于水的气体。它在空气中比较稳定，变成CO2的速度很慢。,CO对人体的危害非常严重。,危害机理：由人体呼吸进入肺部后，与血液中的血红蛋白结合成为碳氧血红蛋白，排出氧气。血红蛋白中的CO与血红蛋白的结合力比氧与血红蛋白的结合力高300400倍。,当人体吸入CO后，很快血液中的血红蛋白就会失去向人体各器官输送氧气的能力，引起人体缺氧。将引起中枢神经系统受到损害，严重者昏迷以至死亡。,空气中的CO浓度为1ppm时，人体受到中毒；为100ppm，将使人神智不清或晕厥,氮氧化物(NOx),(1)来源及性质,氮氧化物包括：NO、NO2、N2O3、N2O5等,对人体健康影响较大的有NO、NO2。NO2为红褐色的气体，毒性很大(毒性是NO的5倍)。NO为无色的气体,NOx主要由烧结、电炉冶炼、炼焦等工序产生。钢铁冶炼其它工序产生的废气中也含有一定NOx,(2)氮氧化物的危害,NOx对人体呼吸器官具有刺激作用。当进入人体的支气管和肺部后，可生成腐蚀性很强的硝酸、亚硝酸或硝酸盐。引起支气管炎、肺炎、甚至引起肺气肿,亚硝酸盐还可与人体血液中的血红蛋白结合，形成正铁血红蛋白，引起组织缺氧,2.3 废水中的主要污染物及其危害,水资源是极其宝贵的自然资源，是人类生存不可缺少的物质。因此，水资源的污染是环境保护中的重要研究课题。,工业废水是水体最主要的污染源。它量大，面广，所含污染物的种类很多，成分复杂，有些污染物危害很大。一些污染物在水中还不易被净化,水质,自然界中没有绝对纯粹的水。无论是天然水或是各种污水、废水里均含有一定数量的杂质。对各种杂质，按其在水中的存在状态可分为三类。即悬浮物质、溶解物质和胶体物质,悬浮物质由大分子尺寸(10,-3,mm)的颗粒组成，靠浮力和粘滞力悬浮