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(wú)害化2. 合金元素的選擇3采用資源豐富、廉價(jià)易得的元素代替昂貴稀缺的合金元素，研究開(kāi)發(fā)具有高性能、低環(huán)境負(fù)荷的新鋼種“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(jìn)的核心內(nèi)容 寶鋼二號(hào)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(qiáng)度來(lái)看，目前生產(chǎn)的最高強(qiáng)度只有理論強(qiáng)度的1/71/6，鋁合金的實(shí)際強(qiáng)度也只達(dá)到理論強(qiáng)度的1/201/10 一、清潔生產(chǎn)的概念和內(nèi)容 對(duì)生產(chǎn)過(guò)程及其產(chǎn)品連續(xù)地實(shí)施集成的、預(yù)防性的環(huán)境保護(hù)戰(zhàn)略，以減少生產(chǎn)對(duì)人類(lèi)及其環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)，就過(guò)程而

2、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(duì)于產(chǎn)品而言，則要求減少?gòu)纳a(chǎn)原料到產(chǎn)品報(bào)廢后最終處理的“產(chǎn)品生命周期”對(duì)人類(lèi)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 1213142Al2O3 4Al+3O2 大型鋁電解槽在高溫下運(yùn)行，能加速鈉對(duì)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)15300KA大型預(yù)焙槽年產(chǎn)15萬(wàn)噸電解鋁生產(chǎn)線投資6000多萬(wàn)元興建的300KA大型電解鋁煙氣干法凈化回收系統(tǒng) 162鋁電解煙氣凈化 國(guó)際上通用的煙氣

3、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。 1718192）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(wú)涂層的炭陰極電阻率低50%；對(duì)鋁熔體的濕潤(rùn)性好，可有效阻擋電解質(zhì)對(duì)炭塊的滲透，有利于延長(zhǎng)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(duì)鋁液的濕潤(rùn)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場(chǎng)造成的鋁液波動(dòng)，陽(yáng)極電流分布更趨均勻，有效地降低了鋁的再溶解損失。 202惰性陽(yáng)極材料研究1）惰性陽(yáng)極

4、 如果能夠開(kāi)發(fā)出惰性陽(yáng)極電解槽，陽(yáng)極產(chǎn)物將是氧氣，這對(duì)現(xiàn)行電解工藝中放出CO2來(lái)說(shuō)，消除CO2排放是革命性變革。 對(duì)陽(yáng)極材料的要求是：導(dǎo)電率現(xiàn)用碳陽(yáng)極；腐蝕率100mm/a，壽命5年；電流密度為0.8A/cm2的條件下，陽(yáng)極過(guò)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216.4 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(qiáng)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(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。 一、 鎂礦的資源特點(diǎn) 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?yàn)榈?位，在海水中含量1.1kg/m2，在溶解的礦

5、物質(zhì)中排第3位。 22二、鎂冶金的環(huán)境負(fù)荷1. 鎂冶煉的環(huán)境負(fù)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。 232(CaOMgO)(固)+Si(Si-Fe)(固)=2Mg(固)+2CaOSiO2(固)242鎂精煉的環(huán)境負(fù)荷我國(guó)皮江法鎂廠多以SO2為保護(hù)氣體 3鎂冶金廢棄物的綜合利用 鎂精煉會(huì)產(chǎn)生廢渣40100 kg/t（Mg），由含金屬氯化物、氟化物組成，其中含有金屬鎂1545 利用途徑有：加保護(hù)性熔劑，把含鎂廢料熔化，聚集金屬鎂；或加保護(hù)性熔劑，把殘余物稀釋

6、，將金屬與熔鹽分離；進(jìn)行機(jī)械破碎，再把廢石篩出；將液態(tài)殘余物進(jìn)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。 25三、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(duì)密度為1.74，比鋁輕1/3，比強(qiáng)度高，機(jī)械性能好，廣泛用于航空、汽車(chē)、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(duì)氧的親和力大，作為犧牲陽(yáng)極，廣泛用于陰極保護(hù)。 鎂合金的機(jī)械性能優(yōu)越，可以加工成形狀復(fù)雜的機(jī)械構(gòu)件。 鎂作為儲(chǔ)能材料的研究，也在向?qū)嵱没l(fā)展。 262. 鎂制品的循環(huán)再生性 我國(guó)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(guó)。 鎂的再生性強(qiáng)，

7、與鋁合金相近似。 272829 經(jīng)濟(jì)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(guò)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(guò)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(guò)程。 30312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）、氧化錳（MnO）、稀有元素（V、Nb）等有益成分，而且成了燒結(jié)礦的增強(qiáng)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

8、接返回高爐做熔劑，其主要優(yōu)點(diǎn)是利用渣中氧化鈣（CaO）代替石灰石，同時(shí)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(dòng)性，增加了煉鐵產(chǎn)量；其缺點(diǎn)是鋼渣成分波動(dòng)大。 323）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(jià)值也高，但最不利的因素是磷的富集而影響煉鋼。 333. 用于建筑材料 鋼渣中含有和水泥相類(lèi)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、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(xì)骨料 鋼渣代替碎石和細(xì)骨料具有材料性能好、強(qiáng)度高、自然級(jí)配好的優(yōu)點(diǎn)，并且對(duì)開(kāi)

9、發(fā)利用老渣山有意義。 344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(guò)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(dá)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(duì)缺乏此微量元素的不同土壤和不同作物，也同時(shí)起不同程度的肥效作用。3536赤泥是鋁土礦提煉氧化鋁過(guò)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(guó)的氧化鋁廠，大都采用平地高臺(tái)、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。 372赤泥的綜合利用1）利用赤泥生產(chǎn)水泥