第六章 金屬材料和冶金流程的環(huán)境協(xié)調(diào)化

1、世界鋼產(chǎn)量世界鋁產(chǎn)量一、 合金元素?zé)o害化、資源豐富和易于再生循環(huán) 1添加元素?zé)o毒無害化2. 合金元素的選擇3采用資源豐富、廉價易得的元素代替昂貴稀缺的合金元素，研究開發(fā)具有高性能、低環(huán)境負荷的新鋼種二、圍繞降低資源、能源消耗和降低排放進行的工藝技術(shù)結(jié)構(gòu)調(diào)整“節(jié)能降耗、緊湊流程、降低排放、改善環(huán)境”是金屬冶煉、加工工藝環(huán)境協(xié)調(diào)性改進的核心內(nèi)容 寶鋼二號高爐噴煤系統(tǒng) 三、 發(fā)展高效率使用的金屬材料從90以上所生產(chǎn)的鋼鐵結(jié)構(gòu)材料強度來看，目前生產(chǎn)的最高強度只有理論強度的1/71/6，鋁合金的實際強度也只達到理論強度的1/201/10 一、清潔生產(chǎn)的概念和內(nèi)容 對生產(chǎn)過程及其產(chǎn)品連續(xù)地實施集成的、預(yù)防

2、性的環(huán)境保護戰(zhàn)略，以減少生產(chǎn)對人類及其環(huán)境的風(fēng)險，就過程而言，它包含節(jié)約原料和能源，革除有毒原材料的使用，減少各種廢物排放量和危害性，對于產(chǎn)品而言，則要求減少從生產(chǎn)原料到產(chǎn)品報廢后最終處理的“產(chǎn)品生命周期”對人類及其環(huán)境的不利影響。 清潔生產(chǎn)是以最大限度提高資源的利用率和減少環(huán)境的不利影響為目的 121314四、 鋼鐵工業(yè)清潔生產(chǎn)改進環(huán)境影響工藝措施152Al2O3 4Al+3O2 大型鋁電解槽在高溫下運行，能加速鈉對槽內(nèi)襯的浸蝕和鈉鋁氧化物的生成，降低槽壽命。 一、 鋁電解工藝的環(huán)境改善1鋁電解槽的大型化發(fā)展1）大型預(yù)焙槽的發(fā)展2）低溫電解技術(shù)16300KA大型預(yù)焙槽年產(chǎn)15萬噸電解鋁生產(chǎn)線

3、投資6000多萬元興建的300KA大型電解鋁煙氣干法凈化回收系統(tǒng) 172鋁電解煙氣凈化 國際上通用的煙氣凈化方法是干法凈化，干法吸附的原理是利用低溫下氟化氫能與氧化鋁發(fā)生化學(xué)吸附和物理吸附，即以電解鋁生產(chǎn)原料氧化鋁為吸附劑，在給定的條件下吸附煙氣中的氟化物。 1819202）硼化鈦涂層陰極 TiB2涂層的導(dǎo)電性能好，有涂層的陰極電阻率比無涂層的炭陰極電阻率低50%；對鋁熔體的濕潤性好，可有效阻擋電解質(zhì)對炭塊的滲透，有利于延長陰極使用壽命；可以提高電流效率，降低鋁電解的能耗。3）硼化鈦復(fù)合陰極 TiB2陰極對鋁液的濕潤性良好，使氧化鋁沉淀不易黏附在陰極表面，陰極電流分布均勻；另一方面有利于減少磁

4、場造成的鋁液波動，陽極電流分布更趨均勻，有效地降低了鋁的再溶解損失。 212惰性陽極材料研究1）惰性陽極 如果能夠開發(fā)出惰性陽極電解槽，陽極產(chǎn)物將是氧氣，這對現(xiàn)行電解工藝中放出CO2來說，消除CO2排放是革命性變革。 對陽極材料的要求是：導(dǎo)電率現(xiàn)用碳陽極；腐蝕率100mm/a，壽命5年；電流密度為0.8A/cm2的條件下，陽極過電壓a0.5V；鋁的質(zhì)量現(xiàn)行的鋁質(zhì)量，不能含Be、Cr等有害環(huán)境的元素。 3）金屬基陶瓷2）金屬氧化物陶瓷226.4 鎂工業(yè)的環(huán)境特征鎂工業(yè)的環(huán)境特征 鎂的比重輕，具有高的比強度和比剛度，良好的阻尼和電磁屏蔽性能，易于再生利用等一系列獨特的優(yōu)點。 一、 鎂礦的資源特點

5、鎂是地殼中含量較豐富的元素，占地殼質(zhì)量的21，按量排序為第8位，在海水中含量1.1kg/m2，在溶解的礦物質(zhì)中排第3位。 23二、鎂冶金的環(huán)境負荷1. 鎂冶煉的環(huán)境負荷 鎂的生產(chǎn)方法主要有熔鹽電解法和硅熱還原法。 電解法鎂廠的主要污染物是含Cl2、HCl廢氣、氯鹽廢渣、酸性廢水和含鉻廢水。 硅熱法煉鎂工藝中，有內(nèi)熱法、外熱法和半連續(xù)法三種工藝。 242(CaOMgO)(固)+Si(Si-Fe)(固)=2Mg(固)+2CaOSiO2(固)252鎂精煉的環(huán)境負荷我國皮江法鎂廠多以SO2為保護氣體 3鎂冶金廢棄物的綜合利用 鎂精煉會產(chǎn)生廢渣40100 kg/t（Mg），由含金屬氯化物、氟化物組成，其

6、中含有金屬鎂1545 利用途徑有：加保護性熔劑，把含鎂廢料熔化，聚集金屬鎂；或加保護性熔劑，把殘余物稀釋，將金屬與熔鹽分離；進行機械破碎，再把廢石篩出；將液態(tài)殘余物進行離心分離。皮江法煉鎂中產(chǎn)生的還原渣，可用于水泥生產(chǎn)中。 26三、鎂制品的環(huán)境效能1鎂制品的應(yīng)用 鎂的質(zhì)量輕，相對密度為1.74，比鋁輕1/3，比強度高，機械性能好，廣泛用于航空、汽車、造船等工業(yè)。 鎂在冶金中的應(yīng)用，主要是煉鋼脫硫、球墨鑄鐵和鈦、鈹、鋯、鉿、釷、鈾的還原劑。 鎂對氧的親和力大，作為犧牲陽極，廣泛用于陰極保護。 鎂合金的機械性能優(yōu)越，可以加工成形狀復(fù)雜的機械構(gòu)件。 鎂作為儲能材料的研究，也在向?qū)嵱没l(fā)展。 272.

7、 鎂制品的循環(huán)再生性 我國鎂產(chǎn)量已居世界首位，占世界總產(chǎn)量的40以上，也是鎂的出口大國。 鎂的再生性強，與鋁合金相近似。 286.5 冶金工業(yè)廢渣的綜合利用2930 經(jīng)濟效果最好的途徑是將鋼渣作為高爐、轉(zhuǎn)爐爐料，在鋼鐵廠內(nèi)自行循環(huán)使用。此外還可作道路材料、建筑工程材料、肥料以及填坑造地等。1鋼渣的組成 煉鋼過程是除去生鐵中的碳、硅、磷和硫等雜質(zhì)，使鋼具有特定性能的過程，也是造渣材料和冶煉反應(yīng)物以及熔融的爐襯材料生成融合物的過程。 31322用作冶金原料1）作燒結(jié)熔劑 燒結(jié)礦中配515粒度小于8mm的鋼渣代替熔劑，不僅回收利用了渣中鋼粒、氧化鐵（FeO）、氧化鈣（CaO）、氧化鎂（MgO）、氧化

8、錳（MnO）、稀有元素（V、Nb）等有益成分，而且成了燒結(jié)礦的增強劑，顯著地提高了燒結(jié)礦的質(zhì)量和產(chǎn)量。 2）作高爐或化鐵爐熔劑 鋼渣直接返回高爐做熔劑，其主要優(yōu)點是利用渣中氧化鈣（CaO）代替石灰石，同時利用了渣中有益成分，節(jié)省了熔劑消耗（石灰石、白云石、螢石），改善了高爐渣流動性，增加了煉鐵產(chǎn)量；其缺點是鋼渣成分波動大。 333）鋼渣做煉鋼返回渣4）從鋼渣中回收廢鋼鐵 總之，鋼渣在鋼鐵廠內(nèi)部做冶金原料使用效果良好，利用價值也高，但最不利的因素是磷的富集而影響煉鋼。 343. 用于建筑材料 鋼渣中含有和水泥相類似的硅酸三鈣、硅酸二鈣及鐵鋁酸鹽等活性礦物，具有水硬膠凝性 1）生產(chǎn)水泥2）高爐渣、

9、鋼渣玻璃與陶瓷可制備高性能工業(yè)用玻璃陶瓷材料 3）碎石和細骨料 鋼渣代替碎石和細骨料具有材料性能好、強度高、自然級配好的優(yōu)點，并且對開發(fā)利用老渣山有意義。 354鋼渣用于農(nóng)業(yè) 鋼渣是一種以鈣、硅為主含多種成分的具有速效又有后勁的復(fù)合礦質(zhì)肥料，由于鋼渣在冶煉過程中經(jīng)高溫煅燒，其熔解度已大大改變，所含各種主要成分易溶量達全量的1/31/2，有的甚至更高，容易被植物吸收。鋼渣內(nèi)含有微量的鋅、錳、鐵、銅等元素，對缺乏此微量元素的不同土壤和不同作物，也同時起不同程度的肥效作用。3637赤泥是鋁土礦提煉氧化鋁過程中產(chǎn)生的廢棄物。 赤泥的成分和性質(zhì)有較大的差異，赤泥的利用方法也不相同。 1赤泥堆存的現(xiàn)狀 我國的氧化鋁廠，大都采用平地高臺、河谷攔壩、凹地充填等方法堆存赤泥，由于未采取任何防滲措施，使地下水永久性堿化。 382赤泥的綜合利用1）利用赤