Managementul, tratarea si valorificare deseurilor (inclusiv cele radioactive) - deseuri metalice din industrie

II .    CLASIFICAREA DESEURILOR METALICE

In functie de materia prima din care provin , deseurile melalice industriale pot fii de doua feluri:feroase si neferoase .

Pe langa aceasta clasificare acestea se mai pot imparti in alte doua categorii in functie de industria din care provin:

industria extractiva a minereurilor feroase si siderurgia in care materiile prime de baza pentru obtinerea fontei si otelului sunt minereurile de fier .

industria extractiva a minereurilor neferoase si metalurgia neferoasa in care metalele neferoase se impart in:

-metale colorate (cupru, plumb, zinc, aluminiu)

-metale auro-argentifere

-metale rare (molibden, wolfram, antimoniu, nichel, cobalt, uraniu, mercur)

III . FORME DE IMPACT SI RISC ASUPRA MEDIULUI

In general, ca urmare a lipsei de amenajari si a exploatarii deficitare, depozitele de deseuri se numara printre obiectivele recunoscute ca generatoare de impact si risc pentru mediu si sanatatea publica .

Principalele forme de impact si risc determinate de depozitele de deseuri metalice industriale, in ordinea in care sunt percepute de populatie, sunt:

- modificari de peisaj si disconfort vizual;
- poluarea aerului;
- poluarea apelor de suprafata;
- modificari ale fertilitatii solurilor si ale compozitiei biocenozelor pe terenurile invecinate .

POLUAREA ATMOSFERICA

Principalele surse de emisie a poluantilor sunt industra extractive, energetica, (indeosebi metalurgia) . Astfel,deseurile metalice feroase sub forma de praf de minereu din industria siderurgica , furnizeaza mari cantitati de impuritati solide care duc in cele din urma la poluarea aerului ce a cunoscut o mare amploarea odata cu cresterea productiei industriale .

Metalurgia metalelor neferoase produce substante toxice sub forma de aerosoli fini care impurifica aerul pe intinderi uriase si exercita o actiune nociva asupra organismului .

Metalurgia metalelor neferoase grele(Cu,Zn,Hg,Pl,St,Ni) produce vapori toxici ai unora dintre aceste metale,insotiti de arsen si fluor si mari cantitati de gaze toxice,mai ales compusi ai sulfului .

In metalurgia metalelor neferoase usoare (Li,Be,Mg,Ba,Al,Ti) se produc pulberi si vapori toxici ai metalelor respective,precum si cantitati cosiderabile de gaze toxice .

POLUAREA APEI

Poluarea apei este cel mai adesea limitata la canalele sau rezervoarele naturale si artificiale,ceea ce duce la o concentrare a poluantilor in aceste receptoare .

Sursele de poluare a apei sunt diferite:naturale sau artificiale, organizate sau neorganizate,accidentale sau sistematice,temporare sau intermitente,continui sau permanente .

Sursele industriale de ape reziduale constituie cele mai puternice categorii de poluare a bazinelor de apa . Ele au degradat numeroase cursuri de apa si prezinta riscul scoaterii din folosinta curenta a unor bazine hidrografice intregi .

O singura intreprindere industriala transforma in apa reziduala debite mai mari decat cele folosite de un mare oras si devarsa adeseori ape mult mai nocive decat ale acestuia .

Astfel,o intreprindere siderurgica de 4-5 milioane me metri cubi de apa,fara a socoti consumul de apa pentru prelucrarile secundare ale metalului:laminoare,industrie de masini .

POLUAREA SOLULUI

Metalele grele se intalnesc in mediul ambiant in mod natural sau supraadaugat din surse artificiale – care deriva in principal din urmatoarele activitati: termocentrale si alte instalatii de ardere a combustibililor solizi si lichizi, circulatia rutiera prin gazele de esapament, prin evaporarea benzinei sau ca urmare a manipularii improprii . La nivelul intregii tari, poluarea chimica a solului afecteaza circa 0,9 milioane ha, din care poluarea excesiva circa 0,2 milioane ha; poluarea cu metale grele (mai ales Cu, Pb, Zn, Cd) si prin precipitatii acide datorate SO2 are efecte agresive deosebit de puternice asupra solului .

IV .            PRECOLECTAREA SI DEPOZITAREA INTERMEDIARA A DESEURILOR METALICE INDUSTRIALE

Pre-colectarea - este activitatea care se desfasoara inaintea colectarii . Ea se desfasoara inainte de locul de ridicare a deseurilor de catre serviciul de colectare . Precolectarea regrupeaza toate operatiunile necesare pentru evacuarea deseurilor metalice din industrie pana la locul de ridicare a deseurilor de catre serviciile de colectare .

Precolectarea si stocarea controlataa deseurilor melalice se realizeaza pe platforma betonata special amenajata . Deseurile se depoziteaza in containare melalice in incinta atelierelor si periodic se predau la REMAT .

Deseurile metalice feroase (deseuri nepericuloase) : Fe,fonta,otelul,inoxul-se stocheza provizoriu in spatiile amenajate pe platfoma betona .

Spre deosebire de acestea,deseurile metalice neferoase(Cu, Al ,Pb,Zn) se vor stoca in butoaie inscriptionate , amplasate in magazii sau pe platformele betonate .

V .   TRANSPORTUL DESEURILOR

Transportul deseurilor metalice se realizeaza cu ajutorul unui sistem format din containare si autocamioane transcontainer .

Sortarea deseurilor feroase si neferoase pe categorii calitative internationale se face cu personal specializat si cu ajutorul utilajelor de mare capacitate , greiffere si incarcatoare frontale .

Debitarea profilelor agabaritice feroase se face cu ajutorul sistemului de taiere cu flacara oxiacetilenica si cu ajutorul presei de 800 tone forta pentru a obtine dimensiunile cerute de standardele internationale .
Compactarea deseurilor metalice feroase se face cu ajutorul a 4 prese de 90 si 160 tone forta . Incarcarea si transportul in vederea livrarii se face in vagoane de cale ferata si in autocamioane cu ajutorul incarcatoarelor si greifferelor . Acest sistem tehnic permite prelucrarea a cel putin 80 . 000 de tone de materiale feroase pe an .

Deseurile feroase peste 6 mm se sorteaza din masa de fier vechi si se transporta pe platforma tehnologica unde se prelucreaza prin debitare oxibutanica la dimensiunile impuse de beneficiar conform SR 6058-1 pe categorii si simboluri . Acest proces tehnologic impune consumuri de oxigen si gaz butan importante tehnologia fiind destul de veche .
Deseurile feroase sub 4 mm se sorteaza pe categorii din masa de fier vechi se debiteaza la dimensiuni necesare si se introduc intr-o presa (250 tf) unde se preseaza obtinandu-se baloti conform aceluiasi SR-6058-1 pe categorii si simboluri .
Deseurile neferoase si cele nemetalice se transporta in halele de prelucrare unde se sorteaza conform SR 6058-1 si se prelucreaza prin debitare oxibutanica, presare sub forma de baloti, macinare sau legare in pachete respectand acelasi SR 6058-1 .

Toate deseurile astfel obtinute se incarca in vagoane tip CFR, pe mijloace auto pentru a fi expediate .

VI .             VALORIFICAREA DESEURILOR FEROASE

Locurile de depozitare a deseurilor feroase se afla mai ales in zonele industriale, aici se obtine fierul vechi intr-o cantitate si forma concentrate .

In principiu, metalele se preteaza bine la revalorificare, deoarece, in timpul utilizarii nu se modifica structura lor .

In ceea ce priveste reciclarea metalelor, in Romania exista o infrastructura functionala de mult timp . O mare parte din fierul vechi este utilizat in industria producatoare si prelucratoare a metalelor, fie reintrodus direct in procesele de productie, respectiv de prelucrare, fie ajunge, prin colectarea selectiva si reintroducerea lui de catre REMAT si comercianti particulari de materiale vechi, in industria otelului .

Un utilizator important al fierului vechi este industria producatoare de fier si otel . Cerintele de calitate sunt diferite, in functie de metodele de obtinere a otelului .

Factorii care influenteaza calitatea fierului vechi sunt continutul in fier,

greutatea in vrac si impuritatile metalice ca si cele nemetalice .

Cerintele de calitate ale otelariilor pot fi atinse in acest caz numai printr-o prelucrare mecanica .

In cazul nemetalelor, cerintele in ceea ce priveste puritatea sunt foarte ridicate .

Aluminiul vechi trebuie sa fie de ex . fara amestecuri metalice . Cerintele de calitate (continuturile in substante straine, compozitia chimica, listele de sortimente) pentru metalele feroase se regasesc in Standardul Romanesc STAS 6058-1/88, care a fost adaptat inca de la inceputurile sale cerintelor europene (indeosebi pentru fier,cupru, alama) . De asemenea, nedorite sunt foliile si hartiile cu un strat de aluminiu, deoarece, la topire, cauzeaza dificultati tehnice prin ramasitele de cenusa .

Utilitatea ecologica a reciclarii metalelor rezida in economisirea materiilor

prime, reducerea interventiilor in peisaj si a efectelor lor negative la exploatarea

minereului de fier, ca si in economisirea de energie in comparatie cu productia otelului din minereu de fier .

Mai ales cu ajutorul reciclarii aluminiului pot fi diminuate o serie de poluari grave ale mediului care apar la productia primara a acestui metal (economisire de materie prima, diminuarea poluarilor mediului la exploatarea bauxitei, diminuarea emisiilor atmosferice, consum mai mic (cu pana la 95%!) de energie primara) . Pericolul cel mai mare este constituit de emisiile in atmosfera, daca purificarea aerului rezidual rezultat din procesul de retopire nu se face corespunzator stadiului actual al tehnicii, iar, prin arderea impuritatilor organice, dioxina si furanul ajung in mediu o data cu gazele reziduale .

VII .           TEHNOLOGII DE VALORIFICARE A DESEURILOR FEROASE

Otelul

Otelul este un aliaj de fier, carbon si alte elemente, obtinut in stare lichida . Majoritatea otelurilor nu contin fosfor, sulf si siliciu si au intre 0,1 si 1,5% carbon .

Otelurile moi sunt oteluri cu putin carbon (mai putin de 0,2%) . Ele sunt maleabile si ductile si se folosesc in locul fierului forjat . Ele nu sunt intarite prin calire .

Otelurile mijlocii, continand intre 0,2-0,6%carbon, se folosesc pentru fabricarea sinelor si a elementelor structurale (traverse, grinzi si altele) . Otelurile moi si mijlocii pot fi forjate si sudate .

Otelurile cu cu continut mare de carbon (de la 0,75 la 1,50) se folosesc la fabricarea briciurilor, instrumentelor chirurgicale, burghiurilor si a altor scule . Otelurile medii si cele bogate in carbon pot fi intarite sau pot suferi operatia de revenire .

Otelul se fabrica in general din fier turnat prin procedeul cu cuptor cu vatra (prin care se fabrica mai mult de 80% din otelul obtinut in S . U . A), procedeul Bessemer si procedeul cu sulfare de oxigen . In fiecare procedeu se foloseste o captuseala bazica sau acida in cuptor sau in convertizor .

Captuseala bazica (var, magnezie sau un amestec din amandoua) se poate folosi daca fierul turnat contine elemente, ca fosforul, care formeaza oxizi acizi, iar ce acida, daca fierul turnat contine elemente care formeaza baze .

a . )Procedeul cu cuptor cu vatra

La obtinerea otelului preparat in cuptorul cu vatra se foloseste un cuptor cu reverberatie . Fonta se topeste cu pilitura de otel si putin hematite intr-un cuptor incalzit cu gaz sau petrol .

Combustibilul si aerul se preincalzesc prin trecerea printr-un gratar de caramizi fierbinti intr-o parte a furnalului; un gratar similar se gaseste in cealalta parte a cuptorului si este incalzit de gazele fierbinti care scapa din cuptor .

Din timp in timp se inverseaza directia fluxului de gaze . Carbonul si alte impuritati din fierul topit sunt oxidate de hematite si de excesul de aer din gazul din cuptor .

Se fac serii de analize din 8 in 8 or, iar cand tot carbonul este oxidat, cantitatea de carbon necesara pentru otel este adaugata sub forma de cocs sau ca un aliaj bogat in carbune, de obicei feromangan sau spiegeleisen .

Otelul topit este turnat apoi in lingouri . Se poate obtine astfel un otel de calitate uniforma, deoarece procedeul poate fi controlat desprin analize .

b . )Procedeul Bessemer

Procedeul Bessemer de frabicare a otelului a fost inventat de un american, William Kelly, in 1852, si independent de un englez, Henry Bessemer, in 1855 . Convertizorul, de forma unui ou, este umplut cu fonta topita . Aerul este suflat in lichid prin gaurile de vant de al baza, oxidand siliciul manganul si alte impuritati, iar in final, carbonul .

In circa zece minute reactia este aproape completa, asa cum se vedeprin schimbarea culorii flacarii obtinute prin arderea oxidului de carbon si apoi se toarna otelul .

Procedeul Bessemer nu este costisitor, dar otelul nu e asa de bun ca cel obtinut prin procedeul cuptorului cu vatra .

c . )Procedeul cu suflare de oxigen

Din 1955 incoace, o mare parte din otelul produs in S . U . A a fost obtinut printr-un procedeu nou, procedeul cu suflare de oxygen . Fierul se plaseaza intr-un convertizor asemanator cu convertizorul Bessemer, dar fara guri de vant la baza . La suprafata metalului se sufla oxigen pur printr-o teava de cupru racita cu apa, pentru a oxida carbonul si fosforul . Tratarea unei sarje de 50-250 tone are loc in 40-50 minute . Prin acest procedeu se obtine un otel de calitate superioara .

2 . Fonta

Fonta este aliajul fierului cu carbonul,care contine intre 2,06% si 4,3% carbon . In afara de fier si carbon, fontele mai contin, in cantitati mici ,si alte elemente –siliciu ,mangan, sulf, fosfor(numite elemente insotitoare)-care nu au putut fi complet indepartate in procesul de elaborare sau care au fost introduse in mod voit ,pentru a le conferi anumite proprietati (elemente de aliere) .

Fonta se obtine prin topirea si reducerea minereurilor de fier in cuptoare speciale numite furnale . Fontele obtinute in furnale se numesc fonte brute . Dupa compozitia chimica se deosebesc in fonte brute obisnuite si fonte brute aliate . Ele pot fi folosite in: ~elaborarea otelului(fonte pentru afinare)

~turnarea pieselor (fonte pentru turnatorie)

Fonta prezinta urmatoarele caracterisrici generale:se toarna bine, se lucreaza prin aschiere,dar nu se poate prelucra plastic(nu se poate lamina sau forja)si nu se poate suda .

Fonta este cea mai ieftina varietate de fier, dar folosirea ei este limitata din cauza rezistentei mici . O mare parte din ea se foloseste la prepararea otelului iar o cantitate mai mica, a fierului forjat .

Procesul de baza in obtinerea aliajelor il reprezinta reducerea oxizilor de fier din minereu cu ajutorul cocsului si al oxidului de carbon, la temperaturaturi foarte inalte, intr-un cuptor inalt de tip special numit furnal .

In furnal se introduc: minereu (care contine fier); cocs (care indeplineste mai multe roluri: este combustibillul necesar obtinerii temperaturilor inalte, contribuie la formarea oxidului de carbon care este agentul reducator de baza al oxizilor defier, reduce direct la o parte din oxizi si carbureaza fierul topit transformandu-l in fonta topita); fondanti (materiale auxiliare necesare pentru a usura topirea sterilului si a-l indeparta sub forma de zgura; pentru sterilul silicios se foloseste calcarul, iar pentru cel silicoaluminos calcarul si dolomita): aer incalzit in instalatii speciale numite caupere (necesar arderi cocsului combustibil) .

a . )Elaborarea fontelor in cubilou

Cubiloul (fig 6 . 29) constituie cel mai raspandit agregat de topire folosit in turnatoriile de fonta si aceasta datorita constructiei sale relativ simple si ieftine, usurintei in exploatare si posibilitatii de obtinere a unei fonte lichide cu compozitia chimica si temperatura dorite .

Materile prime folosite la elaborarea fontei sunt variate si anume :

-materiale metalice, utilizate constau din fonta bruta de furnal, fonta veche in proportie de 20-60%, fier vechi, strunjituri, deseuri proprii, feroaliaje ;

-combustibili: cocsul utilizat in cea mai mare parte pentru topire in cubilou, consumul mediu de cocs variaza intre 8 si 16% din incarcatura;

-fondantii utilizati in incarcatura sunt, in general, din calcar si duc la cresterea fluiditatii zgurei - dolomita si fluorina (CaF₂);

-materiale refractare

Fontele brute de furnal destinate elaborarii fontelor de a doua fuziune sunt de doua categorii : obisnuite si speciale . Diferenta dintre fontele obisnuite si cele speciale pentru turnatorie consta in compozitia lor chimica (continuturi de Si, Mn, P, S sunt mai scazute in fontele brute speciale) .

Uneori, in vederea imbunatatirii proprietatilor fontelor turnate, se foloseste in incarcatura cubiloului si fonta de afinare ce contine Si in cantitatemai mica fata de cele brute de turnatorie .

Fonta veche se introduce in cubilou in proportie de 2060% . compozitia ei chimica e foarte variabila , ceea ce impune ca ea sa fie sortata si depozitata pe calitati .

Deseurile si rebuturile proprii au compozitie chimica cunoscuta si se pot sorta usor .

Deseurile de otel din incarcatura pot varia intre 0 si 70% . In general, se folosesc deseuri de otel carbon si se apreciaza urmatoarea compozitie chimica a acestora :

C = 0,100,55% ; Mn = 0,500,90% ; Si = 0,200,55% ; S ≤ 0,66% ; P ≤ 0,06% .

Cocsul constituie combustibilul utilizatin cea mai mare parte pentru topire in cubilou . Consumul mediu de cocs variaza intre 8 si 16% din incarcatura .

Fondatii utilizati in incarcatura constau, in general, din calcar . Pentru cresterea fluiditatii zgurei se utilizeaza dolomita si fluorina (CaF₂) . Un calcar bun trebuie sa contina minimum 50% (CaO + MgO) max 0,1% S si max 0,02% P . Dimensiunile bucatilor de cocs vor fi intre 50 si 70 mm . Consumul de calcar este in medie intre 2,5 si 4,5% .

In urma reactilor care au loc in furnal intre materialele incarcate rezulta urmatoarele produse:

Fonta topita (numita si fonta bruta sau fonta de prima fuziune, care este produsul principal al furnalului);

Zgura topita in cubilou e influentata de prezenta cocsului pe intreaga inaltime strabatuta de picaturile de zgura si de temperatura ridicata a gazelor;

Gaze de furnal (care se folosesc partial pentru preincalzirea aerului in incapere, partial in alte scopuri in cadrul combinatului siderurgic) .

Formarea zgurei in cubilou e influentata de prezenta cocsului pe intreaga inaltime strabatuta de picaturile de zgura si de temperatura ridicata a gazelor .

Principalele surse de formare a zgurei in cubilourile acide sau bazice sunt :

- cenusa cocsului care contine 40-55% SiO₂ ; 22-28% Al₂O₃ ; 20-27% Fe₂O₃;

- fondatii introdusi (se introduc 2,5-4,5% din greutatea incarcaturii metalice) ;

-nisipul ramas pe piesele rebutate si retelele de alimentare ce se introduc in incarcatura ;

-oxidarea elementelor din incarcatura .

In total zgura formata in cubilou este 5-10% din greutatea incarcaturii metalice .

Zgura acida incepe sa se formeze odata cu aparitia primelor picaturi de metal lichid in zona topire .

Compozitia finala a zgurei variaza in limitele : 40-55% SiO₂ ; 15-30% CaO ; 5-20% Al₂O₃ ; 3-15% FeO ; 2-10% MnO ; 0,5% MgO ; 4% FeS .

Zgura bazica asigura o viteza mai mare proceselor metalurgice . Are o bazicitate cuprinsa intre 1,4 si 2 . Compozitia chimica a zgurelor bazice de cubilou este urmatoarea : 40% CaO ; 30% SiO₂ ; 18-20% MgO .

b . )Elaborarea fontelor in cuptoare electrice cu inductie

Cuptoarele cu inductie utilizate in turnatoriile de fonta sunt cu creuzet cu frecventa intre 50 si 6 000 Hz (fig 6 . 33) si cu canal cu frecventa de 50 Hz (fig 6 . 34) .

Elaborarea fontelor intr-un cuptor electric cu inductie prezinta cateva avantaje foarte importante fata de cubilou si anume :

compozitia chimica a fontei e mai omogena si poate fi controlata in limite mai precise ;

fonta poate fi supraincalzita pana la temperaturi de 1 650⁰C ;

materialele utilizate in incarcatura pot fi mai diversificate si mai ieftine .

Aceste cuptoare sunt destinate, in general, pentru topire, supraincalzire si mentinere, fara a putea efectua operatii de afinare (mai putin desulfurare) a baii metalice . Din acest motiv, materia prima utilizata in incarcatura trebuie sa fie foarte curata . Ea consta, in general, din fier vechi, strunjituri de fonte sau otel, deseuri proprii . In vederea carburarii se folosesc diferite surse de carbon .

VIII .       CONCLUZII

In concluzie utilizarea eficienta si sigura a resurselor globale din punct de vedere al efectului pe care il au asupra mediului inconjurator contribuie la calitatea generala a vietii, atat pentru noi dar mai ales pentru generatiile urmatoare .

Reciclarea isi aduce propria contributie la conservarea energiei si protejarea mediului inconjurator prin reciclarea materialelor refolosibile si reintroducerea acestora in circuitul industrial .

Tinand cont de faptul ca resursele naturale sunt limitate si se obtin prin costuri mari, producerea de otel din deseuri de fier vechi reduce simtitor poluarea mediului si favorizeaza economisirea de energie si materii prime .

Fierul este un material 100% reciclabil . In consecinta, cantitati impresionante de minereu natural pot fi economisite, cu efecte pozitive asupra consumului de energie .

Prin reinnoirea utilajelor, a mijloacelor de transport si a rebuturilor feroase rezultate din activitatea constructiilor s-a acumulat o cantitate sufficient de mare de fier vechi, incat astazi o buna parte a otelului este produs prin reciclarea celui vechi . Acesta a dus la transformari uriase in industria siderurgica .

Productia cuptoarelor Siemens-Martin s-a redus in ultimii ani de doua ori si jumatate, in timp ce otelul produs de cuptoare electrice a crescut cu peste 26% . Se prevede ca in urmatorii ani, cca . 10% din otel (60 milioane tone) sa se obtina prin retopirea fierului vechi numai in cuptoare electrice . In afara de aceasta fierul vechi se foloseste si in alte procedee metalurgice, pentru ajustarea compozitiei . Desi productia de otel a ramas relativ constanta sau chiar a crescut, extractia de minereu a scazut sensibil .

Fierul vechi ca materie prima este mult mai ieftin decat cel obtinut din minereu de fier, iar ca un beneficiu aditional pentru otelarii, substituirea minereului de fier cu continut mare de sulf de catre fierul vechi cu un continut mic de sulf, inseamna reducerea potentialului de poluare a aerului cu pana la 86% si a potentialului de poluare a apelor cu pana la 76% .

IX .   BIBLIOGRAFIE

https://www . sciencedirect . com –Jurnalul productiei ecologice: depasirea obstacolelor si strategii in industria producatoare de metale de baza; Ellen H . M . Moors, Karel F . Mulder si

Philip J . Vergragt

https://www . preferatele . com/docs/geografie/1/industria-metalurgic23 . php

Manual privind activitatile specifice din domeniul gestiunii deseurilor(capitolul 16:Valorificarea deseurilor)

https://www . referatele . com/aliaje

https://www . referatele . com/fonta

Studiul metalelor – Tudor Andrei Mutiu – Institutul de cercetare si proiectare aparataj pentru instalatii si utilaje pentru constructii – 1985

Schema de management

Da Da

Nu

Da

Da

Da

Da