مقاله شناسایی و مدیریت پسماندهای واحد ذوب فولاد مطالعه موردی

بخشی از مقاله

چکیده

شناسایی و مدیریت پسماندهای صنعتی یکی از شیوه های مناسب برای کاهش اثرات سوء فعالیتهای صنعتی در محیط زیست می باشد. یکی از بزرگترین گروه صنایع فعال در ایران، صنایع فولاد می باشد. پس از بررسی های انجام شده در یک مجتمع ذوب فولاد، نوع، منابع تولید و کمیت و کیفیت مواد زاید در واحد ذوب شناسایی شد. عمده پسماندهای تولید شده در یک واحد ذوب فولاد، سرباره، غبار کوره ذوب و ضایعات مواد نسوز از واحد ذوب شناسایی و کمی ت آنها براساس هر واحد تن فولاد و مقدار سالیانه تعیین گردید.

بررسی کیفی پسماندها براساس روشهای استاندارد اندازه گیری فلزات سنگین از نمونه های جمع آوری شده از کارخانه ذوب فولاد غلظت قابل توجهی از نظر پتانسیل ایجاد آلودگی زیست محیطی را نشان می دهد اما با این وجود پسماندها قابلیت بازیافت را دارا می باشند. غبار کوره ذوب، به دلیل محتوای بالای آهن قابلیت تبدیل شدن به آهن اسفنجی با کیفیت را دارند. سرباره به عنوان پرکننده زمین یا زیرسازی خطوط حمل ونقل می تواند مورد استفاده قرار گیرد. مواد نسوز نیز قابلیت بازیابی در کارخانجات تولید مواد نسوز را دارد.

-1مقدمه

تولید فولاد به صورت کاهش شیمیایی سنگ آهن، یا یک فرایند کاهش مستقیم تعریف می شود. در فرآیند تولید فولاد به صورت متعارف، آهن حاصل از کوره بلند در BOF به فولاد تبدیل می شود. همان طور که اشاره شد، فولاد نیز می تواند در کوره قوس الکتریکی از قراضه های فولاد و در برخی موارد، از کاهش مستقیم آهن ساخته شود. در تکنولوژی جدید، فولاد به طور مستقیم از سنگ آهن تولید می شود .[1]

براساس جدیدترین آمار منتشر شده انجمن جهانی فولاد، ایران در سال 2013 پانزده میلیون و چهارصد هزار تن فولاد خام تولید کرده که این رقم در سال 2012 برابر چهارده میلیون و پانصد هزار تن بوده و بنابراین تولید 6/2 درصد رشد داشته است که با این تناژ تولید ایران در رتبه 15 تولید کنندگان فولاد قرار دارد .[2] شکل 2 فرایند تولید فولاد در ایران را در سال 2013 نشان می دهد. همان طور که دیده می شود %86/9 فولاد تولیدی در ایران با استفاده از کوره قوس الکتریک تولید می شود .[3]

از مهمترین چالشهای زیست محیطی هر واحد صنعتی، تولید پسماندهایی است که باید به درستی مدیریت شوند تا باعث آلودگی محیط زیست نگردد. سیستم جامع مدیریت پسماند کلیه ی فعالیت های مرتبط با کمینه سازی تولید، جمع آوری، نگهداری موقت، و درنهایت بازیافت و استفاده مجدد یا دفع ضایعات را در برمی گیرد. در دیدگاه مبتنی بر توسعه ی پایدار، هدف اولیه در برنامه ی مدیریت به حداقل رساندن تولید پسماند از طریق اصلاح روشها و فرآیند صنعتی است و در مرحله دوم باید امکان بازیافت یا استفاده مجدد از ضایعات مدنظر قرار گیرد.در هر فرآِند صنعتی همواره با دسته ای از ضایعات مواجه خواهیم بود که امکان حذف یا بازیافت آنها وجود ندارد و باید با روشهای اصولی نسبت به دفع آنها اقدام نمود. در این راستا بررسی وضعیت پسماندهای تولید شده در واحد ذوب فولاد به طور موردی یک مجتمع فولاد، جهت وضعیت پسماندها و شناسایی آنها بررسی شد.

-2روش کار

در این طرح ضمن شناسایی و بررسی کمیت و کیفیت مواد زاید تولیدی در واحد ذوب براساس آزمایشات استاندارد، پیشنهادات و راهکارهایی نیز ارائه گردیده است.

-1-2مجتمع ذوب فولاد

مجتمع ذوب فولاد واقع در استان گیلان با تولید 200 هزار تن شمش های فولادی در سال 1392 شروع به فعالیت کرده است.

- 2-2 شرح فرآیند

مراحل تولید شمش از آهن قراضه و آهن اسفنجی و واحدهای مربوطه این مجتمع به شرح زیر می باشد:

-1-2-2 واحد انبار مواد اولیه

قراضه آهن %20- 10 و مابقی آهن اسفنجی در این محوطه دسته بندی می گردد و سپس در سبد کوره ذوب بارگیری می شود. آهک، دولومیت و کربن %2-2/5 نیز در انبار نگهداری می شود. مقادیر مواد اولیه در جدول 1 آورده شده است.

-2-1-2 واحد کوره قوس الکتریکی - EAF -

قسمت ذوب بخش فولاد سازی دارای یک کوره قوس الکتریکی به ظرفیت 60 تن می باشد . قراضه با سبد به کوره بارگیری می شود .آهن اسفنجی ، فروآلیاژها و آهک نیز از مجاری مخصوص در کوره بارگیری می شوند. برای تولید انواع فولادها عناصر آلیاژی از جمله سیلیسیوم ، منگنز ، نیکل ، کروم و مولیبدن به فولاد اضافه می شوند . این عناصر می توانند از طریق ترکیبات فروآلیاژی تامین شوند مواد آلیاژی مذکور توسط نوار نقاله به ناحیه ذوب انتقال داده می شوند.

در طی پروسه ذوب، آهک و کک از طریق قیف های مربوطه به داخل کوره قوس الکتریکی تزریق می گردند. عملیات ذوب با استفاده از جریان الکتریکی حاصل از ترانس قدرت بالا و الکترودهای گرافیکی با ایجاد جرقه قوس الکتریکی انجام می شود. هنگامی که دما و ترکیبات شیمیایی مذاب در حد کیفی مورد نیاز و مناسب جهت مذاب گیری قرار گرفت بخش پائینی کوره که حاوی مذاب می باشد توسط سیستم های هیدرولیکی خاص کج شده و باعث ریختن مذاب داخل آن به داخل پاتیل های مذاب گی ری می گردد . استفاده از روش تخلیه مذاب از مجرای کفی خارج از مرکز کوره، تهیه فولاد تمیزتر را باعث می شود.

-3-1-2 ریخته گری مداوم

پس از پایان مراحل فوق پاتیل فولاد پالایش شده که در دمایی در حد 1625-1650 درجه سانتی گراد قرار دارد به قسمت ریخته گری مداوم انتقال داده شده و روی نگهدارنده پاتیل که قابلیت دوران تا 360 درجه را داراست مستقر می شود. سپس با گردش این نگهدارنده پاتیل روی حوضچه مذاب قرار گرفته و با باز کردن مجرای مذاب پاتیل فولاد ، مذاب وارد حوضچه مذاب - تاندیش - که به عنوان یک توزیع کننده واسطه بین پاتیل و قالب های ریخته کری عمل می کند می شود. پس از پر شدن آن با باز کردن مجاری مذاب ، فولاد وارد قالب دستگاه ریخته گری مداوم می شود .[4]

-3بحث و نتیجه گیری

مواد زاید جامد ناشی از فرایندهای ذوب فولاد به صورت زیر است:

-1-3 پسماندهای عمده فرایند ذوب فولاد

-1-1-3 سرباره

سرباره فولاد، یک محصول جانبی از ساخت فولاد، در طول جدایی فولاد مذاب از ناخالصی در کوره فولاد تولید می شود. سرباره همانطور که آهن ذوب می شود تشکیل می شود و محلول پیچیده ای از سیلیکات ها و اکسیدهایی است که پس از خنک شدن جامد می شوند. با تولید درجات مختلف فولاد، خواص سرباره آن نیز تغییرات قابل توجهی می کند.

-2-1-3 پوشش های نسوز

عمر کوره ها در صنایع مختلف متفاوت می باشد و مقدار ضایعات حاصل از مواد آستری بستگی به طول عمر آستر و در نتیجه کیفیت مواد آستر و احتیاط های صورت گرفته در تغذیه و بارگیری کوره دارد. عایق بندی حرارتی مناسب دیگ ها با استفاده از آجرنسوز و مواد عایق انجام می شود.

-3-1-3 گرد و غبار

در حین پروسه فولاد سازی به دلیل بالا بودن دما، مقادیری آهن و دیگر عناصر موجود در مذاب، تبخیر شده و با فاصله گرفتن از سطح مذاب، با اکسیژن موجود در محیط واکنش داده و به صورت ذرات ریز اکسیدی جامد بهمراه گاز خروجی از کوره فولادسازی بیرون رفته و به قسمت غبارگیر هدایت می شود. در غبارگیر ذرات ریز اکسیدی از گاز جداشده و جمع آوری می گردند که به آن گرد و غبار فولاد سازی می گویند. آلودگی هوای ناشی از کارخانجات ذوب فولاد ناشی از دو دلیل عمده یعنی وجود ناخالصیهای موجود در مواد خام - قراضه - و عدم وجود یا ناکارآمدی عملکردی سیستم تصفیه است.

-2-3 آنالیز پسماندها

عناصر و ترکیبات خطرناک موجود در دو پسماندهای این فرآیند بر اساس توضیحات ارائه شده فلزات سنگین است، بر همین اساس نمونه برداری و آزمایش نمونه ها به ترتیب جدول 3 انجام گردید.

-3-3 ارائه گزینه های مدیریت پسماند واحد ذوب فولاد -1-3-3 سرباره

در مورد ضایعات سرباره فولاد براساس نتایج آنالیز، هرچند این مواد عمدتاً به دلیل دارا بودن فلزات سنگین در ترکیب خود در گروه پسماندهای خطرناک - ویژه - قرار می گیرند، اما از آنجا که قابلیت استفاده برای صنایع دیگر مانند زیر سازی خطوط حمل ونقل، به عنوان اگرگات در بتون، در زیرسازی خطوط راه آهن و بهسازی خاک را دارند، پیشنهاد می شود که سرباره فولاد تا حد ممکن از طریق فروش به صنایع مربوطه مورد استفاده قرار گیرد.

-2-3-3 غبار کوره ذوب

در راستای استفاده بهینه از ضایعات و تولید اقتصادی با جمعآوری گرد و غبار، لجن و پوستههای اکسیدی، آهن اسفنجی به روش RHF تولید می شود. مواد ورودی این واحد از غبارات، لجنها و پوستههای اکسیدی حاصل از تولید محصولات فولاد تشکیل شده به منزله کاهش آلودگی و تولید اقتصادی در کارخانههای فولادسازی پیشرفته جهان بهکار میرود و ضایعات و مواد ورودی پس از مخلوط شدن با کربن در مسیر فرآیند تولید کلوخه، تبدیل به گندله یا بریکت گشته و پس از عبور از کوره خشک کن به منظور افزایش استحکام آن وارد کوره RHF شده و عملیات احیا صورت می گیرد. استحکام آهن اسفنجی - DRI - به دست آمده از این طریق در حدود 1/5 برابر استحکام سنگ آهن زینتر شده باشد .[5] لذا توصیه می شود این ضایعات به صنایع تولید آهن اسفنجی فروخته شود.

-3-3-3 ضایعات مواد نسوز

نسوزهای باطله یکی از انواع ضایعات جامد در صنایع مصرف کننده فرآورده های نسوز مانند صنایع فولاد هستند. مهمترین مرحله در فرآیند بازیافت دسته بندی و جداکردن مواد نسوز برای جلوگیری از مخلوط شدن آنها با یکدیگر می باشد. نسوزهای سمی نظیر دیرگدازهای حاوی کروم باید از سایر باطله ها جدا شده و به عنوان ضایعات خطرناک در محلهای مخصوص دفن شود. سپس نسوزهای باطله پس از جدا نمودن قسمت های آلوده توسط آسیابهای مخصوص در حد و اندازه های اگریگت خردایش و دانه بندی گردد .[6] واحد ذوب می تواند این ضایعات نسوز را به صنایع مربوطه جهت بازیافت بفروشد یا براساس پسماندهای صنعتی خطرناک، دفن بهداشتی- مهندسی را برای این نوع ضایعات انتخاب نماید.

-4-3-3 محل دپو و ذخیره سازی

در کارخانه ذوب عمده آلودگی توسط ذرات آهک و آهن قراضه و آهن اسفنجی می باشد که در هوا منتشر می شود. احداث انبار مواد افزودنی فولادسازی به منظور ایجاد شرایط مناسب جهت نگهداری، سهولت تخلیه بار و دسترسی آسان به مواد افزودنی مورد نیاز پروسه فولادسازی، مورد نیاز است که دارای دیوارهای انبار با پوشش مناسب و پوشش سقف باشد.

-4-3 روشهای کمینه سازی پسماندهای صنعت فولاد -1-4-3 روشهای اصلاحی برای کاهش موثر دود کوره

کنترل موثر و کارآمد دود خارج شده از کوره ها اولین قدم برای کاهش آلودگی هوا در ناحیه تولید است. سیستم جمع آوری دود که اساساً شامل هود جمع آوری کننده، کانال انتقال گاز و دمنده خروجی هوا می باشد، باید طوری طراحی شود که غلظت آلوده کننده ها در هوا بیشتر از حد آستانه نشود. کلاهک هایی در قسمت فوقانی کوره و کلاهک های دیگری در اندازه کوچک بر روی هر یک از الکترودها نصب می شوند تا دودهای اطراف شیارهای الکترودها را جمع آوری کنند و توسط سوراخ چهار که در سرپوش کوره ایجاد می گردد، گرد و غبار داخل کوره مکش می شود و موارد زیر نیز می تواند باعث بهبود فرآیند و کاهش آلایندگی شوند:

. استفاده از سیستم های حذف کننده SOx خشک مانند جذب برای کارخانجات گندله سازی یا پاشش آهک در گازهای دودکش.

. استفاده از مشعل های دارای NOx کم به منظور کاهش خروجی های NOx از سوزاندن سوخت در عملیات های جانبی.

. استفاده از سیستم های جمع آوری غبار و حذف خشک به جای مرطوب برای جلوگیری از تولید پساب و لجن، بازیافت غبار جمع آوری شده .[7]

-2-4-3 هود جمع آوری کننده دود و گرد و خاک برای پاکسازی هوا

جهت کنترل آلودگی هوای ناشی از عملیات شارژ و تخلیهمعمولاً از هود خیمه ای - canopy - استفاده می شود با استفاده از - canopy - hood می توان برای جمع آور ی دود و گرد و خاک در کمترین ارتفاع ممکن برای حذف آلودگی از سطح زمین استفاده کرد.

-3-4-3 اصلاح خوراک کوره ها

اتلاف گرما جهت ذوب سرباره % 1/5 است . این اتلاف را با استفاده از مواد خامی که سرباره کمتری تولید می کنند می توان کاهش داد. گزینه های زیر در این رابطه می توانند مورد ملاحظه قرار گیرند:

-1 استفاده از قراضه های تمیز تر و با کیفیت تر که ناخالصی کمتری دارند.

-2 ذخیره قراضه ها و دیگر مواد روی سطوح آسفالت شده و سرپوشیده