Екологічні проблеми у виробництві кольорових металів та алюмінію

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ  УНІВЕРСИТЕТ  «ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

 

Кафедра хімічної техніки та промислової екології

 

 

 

 

КУРСОВА РОБОТА

на тему: «Екологічні проблеми у виробництві кольорових металів та алюмінію»

 

 

 

 

Виконав:

ст. гр. ІТ- 20б

Порохня М.Ф.

Перевірила:

доц. Самойленко Н.М.

 

 

 

 

 

 

 

 

Харків 2012

Реферат

 

Звіт про КР: 37 с., 7 джерел.

 

Ключові слова: КОЛЬОРОВА МЕТАЛУРГІЯ, ПІРОМЕТАЛУРГІЯ, ГІДРОМЕТАЛУРГІЯ, ЕЛЕКТРОМЕТАЛУРГІЯ, ХІМІКОМЕТАЛУРГІЯ,  ОЧИСНЕ ОБЛАДНАННЯ

 

Мета досліджень – визначення екологічних проблем   виробництв  кольорової металургії.

Об'єкт досліджень – виробничі процеси одержання кольорових металів та їх вплив на довкілля.

Розглянута  загальна характеристика виробництва кольорових металів. Проаналізована інформація щодо принципових технологічних основ одержання алюмінію різними методами. Приведені відомості про виробництво міді, магнію, титану.

Розглянуті питання охорони  навколишнього середовища у галузі виробництва кольорових металів.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

Отчёт о КР: 37 стр.,7 источников.

 

Ключевые слова: ЦВЕТНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ, ПИРОМЕТАЛЛУРГИЯ, ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЯ,ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ,ХИМИКОМЕТАЛЛУРГИЯ, ДЕКОМПОЗЁР, КАЛЬЦИНАЦИЯ, БОКСИТ, БАТАРЕЙНЫЙ ЦИКЛОН.

 

Цель исследований - определение экологических проблем производств цветной металлургии.

Объект исследований - производственные процессы получения  цветных металлов и их влияние  на окружающую среду.

Рассмотрена общая  характеристика производства цветных  металлов.

Проанализирована  информация о принципиальных технологических основах получения алюминия различными методами. Приведены сведения о производстве меди, магния, титана.

 Рассмотрены  вопросы охраны окружающей среды  в области производства цветных  металлов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ABSTRACT

 

Report on the RW: 37 pages, 7 sources.

 

Keywords: NON-FERROUSMETALLURGY,PYROMETALLURGY, HYDROMETALLURGY, ELECTROMETALLURGY, CHEMICAL MATALLURGY,DECOMPOSERS, CALCINATION, BAUXITE, MULTYCICLONES.

 

An aim of researches is determination of ecological problems of productions of the non-ferrous metallurgy.

An object of researches is productive processes of receipt of the non-ferrous metals and their influence on an environment.

General description of production of the colored metals is considered. 
Information is analysed about fundamental technological bases of receipt of aluminium different methods.

Information over is brought about the production of copper, magnesium, titan.

The questions of guard of environment are considered in area of production of the non-ferrous metals.

 

 

 

 

Зміст

Вступ…………………………………………………………….…………6

1. Загальна характеристика……………………………………..…………7
2. Принипові технологічні процеси у виробництві……………………..10
1. Виробництво алюмінію………………………………………………..10

2.1.2 Відновлення  хлориду алюмінію марганцем (Toth - метод)………14

2.1.3 Отримання рафінованого алюмінію………………………………..14

2.1.4 Рафінування методом тришарового електролізу………………….15

2.1.5 Рафінування шляхом алюмоорганічних комплексних сполук і   зонною плавкою…………………………………………………………………16

2.1.6 Отримання вторинного алюмінію …………………………………..17

2.1.7 Виробництво алюмінію  технічної чистоти………………………….20

2.2 Виробництво кольорових металів…………………………………….20

2.2.1. Виробництво міді……………………………………………………..21

2.2.2 Виробництво магнію…………………………………………………29

2.2.3 Виробництво  титану …………………………………………………29

3.Охорона навколишньго середовища та раціональне використання природних ресурсів……………………………………………………………31

Висновки ……………………………………………………………………36

Список використаних джерел ……………………………………………. 37

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

 

Кольорова металургія - галузь важкої промисловості, спеціалізована на видобутку та збагаченні руд, виробництві і обробці кольорових металів.

В епоху НТП дана галузь є однією з основних галузей промисловості. У нашій країні вона займає провідне місце. Основні види продукції: руди, концентрати, метали і сплави кольорових металів, вторинною продукцією є добрива та будівельні матеріали.

На розміщення підприємств кольорової металургії впливають сировинний та енергетичний фактори.

Металургійне виробництво досить трудомісткий і енергоємний процес, який залежить не тільки від того, що за метал виробляється, а й від методу його виробництва.

Для підприємств характерний великий вплив на навколишнє середовище. Викиди містять в собі велику кількість пилоподібних токсичних речовин: миш'як, сульфати, хлориди і важкі метали, які, потрапляючи в воду, грунт і атмосферне повітря, отруюють їх.

Для вирішення екологічних  проблем на підприємствах необхідно  застосовувати різні очисні споруди, слід дотримуватися ГДВ, ГДС і ГДК для викидів і забруднюючих речовин. Так само необхідно дотримуватися виробничих обмежень на скид стічних вод, а також запроваджувати системи рацыонльного використання свыжоъ води.

Дотримання всіх норм і  правил дозволить істотно обмежити негативний вплив на біосферу і запобіжить погіршенню навколишнього середовища.

 

 

 

 

 

1. Загальна характеристика

  Кольорова металургія - галузь важкої промисловості, підприємства якої видобувають і збагачують руди, виробляють та обробляють кольорові метали, рідкісні й дорогоцінні метали та їх сплави, видобувають природні алмази та іншу мінеральну сировину. До кольорової металургії належать також заготівля й переробка вторинних кольорових металів.

Основні види продукції кольорової металургії - руди, концентрати, метали і сплави кольорових металів, порошки, хімічні сполуки кольорових металів, вироби з кольорових металів і сплавів тощо; попутна продукція - мінеральні добрива, будівельні матеріали та інші.

Розміщення підприємств  кольорової металургії зумовлено переважно  двома основними факторами —  сировинним і енергетичним. Підприємства, які переробляють руди з незначним вмістом основного металу, тяжіють до джерел сировини (виплавка ртуті, нікелю, рідкісних металів та ін.). Енергомісткі виробництва (титано-магнієве, цинкове, алюмінієве) розмішуються в місцях дешевої електроенергії, як правило, поблизу потужних електростанцій.

У розміщенні підприємств  кольорової металургії в Україні  виділяються два основних райони: Донецький і Придніпровський.  На території Донецького району знаходиться Микитівський ртутний комбінат, який включає завод, рудники і збагачувальну фабрику. Дане підприємство дає понад 90 % продукції СНД.

В цьому районі знаходяться  Костянтинівський цинковий завод «Укрцинк», який працює на імпортній сировині з Північної Осетії та Західного Сибіру. Він розміщений з орієнтацією на енергетичну базу Донбасу. В Артемівську працює завод по обробці кольорових металів, який випускає латунь, латунний і мідний прокат. Мідь і свинець імпортується з Російської Федерації. В м. Свердловську знаходиться завод алюмінієвого прокату. Придніпровський район кольорової металургії спирається на потужну енергетичну базу, яку утворюють Дніпрогес, теплові і атомні електростанції.

В Запоріжжі зосереджені  титано-магнієвий і алюмінієвий  заводи. Титано-магнієвий завод одержує  магнієву сировину з Калуша, Стебника і Сиваша, а титанову — з Іршанського і Самотканського родовищ. Алюмінієвий завод працює на імпортних бокситах з Уралу та інших територій зарубіжних країн. Для виробництва глинозему, яким забезпечується Запорізький алюмінієвий завод, біля Миколаєва побудовано великий глиноземний завод. У Вольногорську поблизу Дніпродзержинської ГЕС знаходиться Верхньодніпровський гірничо-металургійний комбінат, який працює на титано-цирконієвих рудах Самотканського родовища, а в місті Світловодську, біля Кременчуцької ГЕС діють завод чистих металів і завод твердих сплавів.

В Кіровоградській області  на базі нещодавно відкритого родовища нікелевої руди діє Побузький  нікелевий завод. Для забезпечення заводу паливом використовується донецьке коксівне вугілля і електроенергія Південно-Української атомної електростанції. Виробництво магнію здійснюється також Калушським ВО «Хлорвініл».

Країна має потужну  мінерально-сировинну базу і належить до групи найбільших мінерально-сировинних країн світу. На її території виявлено понад 20 тис. родовищ і рудних проявів, 114 видів корисних копалини, з яких 7835 родовищ, 96 видів корисних копалини мають промислове значення і враховуються Державним балансом запасів. За своїм мінерально-ресурсним потенціалом рідкісних металів Україна посідає перше місце в Європі і відома як велика провінція світу.

Що стосується рудної бази кольорової металургії України, то в  країні видобуваються уран, титан, цирконій, германій, графіт, нікель, золото, скандій  і гафній. Знайдені і вивчені родовища таких нетрадиційних для України копалин, як берилій, ніобій, тантал, рідкі землі, мідь, свинець, цинк і молібден.

В Україні є потужна  мінеральна база титану, розвідані  запаси ільменітових руд за сумарними  ресурсами перевищують світові  запаси ільменіту. Всього відомо 40 родовищ, з яких 12 детально розвідані і розробляються. Найбільш значущими з них є родовища Іршавське, Стремигородське (Житомирська обл.) і Самотканське (Дніпропетровська обл.).

Перспективи створення власної  ресурсної бази міді пов'язані, в першу чергу, з самородною міддю в базальтах трапової формації Волині. Україна має можливість частково забезпечити свої потреби в свинцю і цинку за рахунок супутнього оруднення на Мужиєвському, що вже розробляється, і сусідньому Біганському родовищах в Закарпатті, а також Біляєвському родовищі в Західному Донбасі.

Найважливіше значення мають  для України руди алюмінію, що на даний час імпортуються. В Придніпров'ї  відоме Високопільське родовище залізистих бокситів (Дніпропетровська обл.), Смілянське родовище (Черкаська обл.).

Наявність багатої мінеральної  бази і розвиненого добувного  комплексу дозволяє Україні експортувати значні обсяги руд і концентратів.Серед імпортованих руд і концентратів в 2007 р. лідируюче положення займають алюмінієві (63,2%), марганцеві (21,4%) і нікелеві (14,8%). Крім того, Україна ввозить для власних потреб хромові руди і концентрати, титанові, молібденові, цирконієві, ванадієві.

За стадіями технологічного процесу кольорова металургія ділиться на: 
 1.Видобуток і збагачення рудної сировини (ГЗК - гірничо-збагачувальні комбінати). ГЗК базуються у джерел сировини, тому що для виробництва однієї тонни кольорового металу в середньому потрібно 100 тонн руди. 
 2.Передільну металургію. У переділ надходять збагачені руди. Розташування підприємтсв такої металургії пов’язане з вимогами економічного характеру:  біля джерел сировини розташовуються виробництва  міді і цинку; біля джерел енергії -  алюмінію, цинку, титану, магнію; біля  споживачів -  олова.

Класифікація виробничих процесів за видами енергії, що використовується, включає :

1) пірометалургія (від грец. Pýr - вогонь і металургія)- сукупність металургійних процесів, що протікають при високих температурах. Теплота необхідна для виплавки шляхом спалювання палива (доменний процес); 
 2) гідрометалургія-витяг металів з руд, концентратів та відходів різних виробництв водними розчинами хімічних реагентів з подальшим виділенням металів з ​​розчинів;

3) електрометалургія - металургійні процеси, засновані на використанні електричного струму (дугового, індукційного);

4) хімікометалургія - заснована на хімічних реакціях для отримання з'єднання, потім з якого отримується метал (одержання титану TiO₂ -TiCl₄ -Ti).

 

2 Принципові технологічні процеси у виробництві

2.1 Виробництво  алюмінію

Рудами алюмінію можуть служити лише породи, багаті глиноземом            (Al₂O₃) ,які залягають великими масами на поверхні землі. До таких порід відносяться боксити, нефеліни - (Na, K)₂O^. Al₂O₃^. 2SiO₂, алуніти - (Na, K) 2SO₄^. Al₂ (SO₄)₃^. 4Al (OH)₃ і каоліни (глини), польовий шпат (ортоклаз) - K₂O^. Al₂O₃^. 6SiO₂.

Основною рудою для отримання алюмінію є боксити. Алюміній у них міститься у вигляді гідроксидів Al (OH), AlOOH, корунду Al₂O₃ і каолініту Al₂O₃ ^. 2SiO₂ ^. 2H₂O. Хімічний склад бокситів складний: 28-70% глинозему; 0,5-20% кремнезему; 2-50% окису заліза; 0,1-10% окису титану.  Технологічний процес отримання алюмінію складається з трьох основних стадій:

1). Отримання глинозему  (Al₂O₃) з алюмінієвих руд;

2). Одержання алюмінію  з глинозему;

3). Рафінування алюмінію.

Отримання глинозему  з руд.Глинозем отримують трьома способами: лужним, кислотним і електролітичним. Найбільше поширення має лужний спосіб (метод К. І. Байєра, розроблений в Росії наприкінці позаминулого століття і вживаний для переробки високосортних бокситів з невеликою кількістю (до 5-6%) кремнезему).

Сутність способу полягає в тому, що алюмінієві розчини швидко розкладаються при введенні в них гідроксиду алюмінію, а розчин,що залишився від розкладу після його випаровування в умовах інтенсивного перемішування при 169-170^оС може знову розчиняти глинозем, що міститься в бокситах. Цей спосіб складається з наступних основних операцій:

1)підготовки бокситу, що полягає в його дробленні і подрібненні в млинах; в млини подають боксит, їдкий луг і невелику кількість вапна, яке покращує виділення Al₂O₃; отриману пульпу подають на вилуговування;

2)вилуговування бокситу (останнім часом застосовуються до цих пір блоки автоклав круглої форми частково замінені трубчастими автоклавами, в яких при температурах 230-250°С (500-520 К) відбувається вилуговування), що полягає в хімічному його розкладанні від взаємодії з водним розчином лугу; гідрати окису алюмінію при взаємодії з лугом переходять у розчин у вигляді алюмінату натрію: