Результаты внедрения КТГО ПСВ на АЗОМ (Украина)

Артемовский завод обработки цветных металлов - одно из крупных и значительных предприятий бывшего Министерства цветной металлургии СССР, расположен в Донецкой области Украины, в пойме реки Бахмут, являющейся водным объектом рыбохозяйственного назначения.

На заводе сконцентрирован комплекс производств, потребляющих для технических и технологических нужд воду, часть которой возвращается в природную среду. Значительные загрязнения этих сточных вод требуют предварительной очистки от повышенного содержания солей кальция, маслопродуктов, взвешенных частиц, ионов тяжелых металлов и кислот. В водном хозяйстве завода имеются очистные сооружения масло-окалиносодержащих и ливнестоков; станция нейтрализации (СН) (с применением известкового молока) для очистки кислых стоков травильных участков, содержащих значительное количество ионов меди, цинка, никеля, свинца, железа и избыток серной кислоты.

Большая часть очищенных сточных вод (СВ) подается в систему оборотного технического водоснабжения завода. Качество этой воды (технической) по основным загрязнениям на уровне питьевой, за исключением нефтепродуктов, концентрация которых превышает ПДК в оборотных хозбытовых водах в 1,2 - 1,6 раз.

Подпитка системы оборотного водоснабжения осуществляется питьевой водой из Горводопровода, характерной высоким содержанием общей жесткости (до 8 мг-экв/л) и повышенной коррозионной активностью.

Все промывные воды участков травления цехов №2 и №3 завода смешивались и направлялись на станцию нейтрализации (СН), при этом большую нагрузку на СН по загрязнениям давали стоки цеха №2 (рН до 1,5; Cu2+ до 500 мг/л, Zn2+ до 200 мг/л).

В конце 80-х годов ГИПРОЦМО была разработана технология и проект локальных очистных сооружений с применением ионообменного метода очистки стоков. На заводе было построено здание ЛОС и смонтировано оборудование. Однако при пуско-наладочных работах был выявлен целый ряд упущений в технологии, которые не позволили ее реализовать.

В начале 1995 г. руководством завода перед его специалистами была поставлена задача по очистке сточных вод непосредственно в цехах с возвратом очищенной воды в производство. По опубликованным статьям разработчика (институт "Казмеханобр") и института ГИПРОЦМО, был выбран метод "гальванокоагуляционной" очистки подобных сточных вод, позволяющий организовать в цехах систему оборотного водоснабжения участков травления.

Проект ЛОС выполнен ПКО завода по техническому заданию от 30.03.95 г., утвержденному главным инженером. По проекту производительность сооружений 10 м3/час очищенной воды принята из расчета 10 тыс.т/год круглого проката.

Заводом были приобретены в ПО "Прогресс" г. Бердичева два коагулятора КБ-8, гидравлической производительностью 10 м3/ч и четыре КБ-1 - производительностью до 4 м3/ч.

Одновременно заводским НТЦ проводились экспериментальные работы по разработке регламентов очистки, руководствуясь опубликованными материалами. Результаты этих работ значительно отличались от результатов в опубликованных статьях, в связи с чем руководство завода обратилось в СКО НИЦ ПУРО с просьбой о технической помощи по разработке и внедрению технологии гальванокоагуляции.

Специалистами СКО НИЦ ПУРО, при участии НТЦ завода было повторно проведено обследование процессов травления, организации этого производства, формирования количества и качества сточных вод и проблем, связанных с их очисткой, а также выполнены НИОКР по разработке технологии и регламентов очистки СВ до качества ГОСТ питьевой воды (по ионам тяжелых металлов).

Сущность процессов происходящих при термической и последующей обработке изделий из меди и ее сплавов

В процессе прокатки (холодной и горячей) в изделиях возникают значительные напряжения, снижающие качество изделий.

Для снятия этих напряжений изделия подвергаются термической обработке при повышенных температурах (500 - 600 оС). При такой обработке резко снижаются напряжения в изделиях, но и происходит окисление металлической меди и ее сплавов с образованием на поверхности оксидов металлов в форме слоя окалины, в результате чего изделия теряют товарный вид.

Для удаления образовавшейся окалины и придания изделиям товарного вида производят операцию травления их в агрессивных жидкостях, в частности на Артемовском заводе ОЦМ их травление производится в растворе серной кислоты.

Процесс травления регламентирован технологической инструкцией ТИ 48-17-2-6-94. Согласно этого регламента медные и латунные изделия должны травиться в 5 - 12% растворе серной кислоты, а изделия из медно-никелевых сплавов в 8 - 15% растворе серной кислоты.

Температуру травильного раствора поддерживают в диапазоне 40 - 60 оС. Продолжительность процесса, обеспечивающая полное снятие оксидной окалины с поверхности изделий составляет:

  • медные трубы - 10 - 15 мин;
  • латунные трубы - 3 - 8 мин;
  • прутки медные и латунные - 3 - 8 мин;
  • трубы медноникелевые - 20 - 25 мин при концентрации Н2SO4 > 10% или 30 - 40 мин при концентрации Н2SO4 - 8 - 10% П;

При таких параметрах процесса травления оксидные соединения полностью удаляются с поверхности изделий, которые приобретают качественный вид с блестящей однородной поверхностью.

В процессе травления в технологической ванне идет накопление ионов меди, цинка, и других ИТМ при этом концентрация кислоты уменьшается.

Предельное содержание сернокислой меди в технологической ванне при травлении меди - до 90 г/л; при травлении латуни - до 30 г/л; содержание сернокислого (закисного) железа в обоих случаях - до 2,5 г/л. При достижении этих концентраций раствор в ваннах должен быть заменен на свежий.

Следующий фактор, влияющий на товарные качества изделий - чистота поверхности изделий после травления. Если на поверхности остается травильный раствор в количестве большем регламентируемого, то это способствует протеканию в дальнейшем на такой поверхности процессов коррозии с участием кислорода и углекислоты атмосферы, в результате чего со временем изделия резко ухудшают свои товарные качества (тускнеют, изъязляются и проч.) Для предотвращения этого строго регламентируется и операция, следующая после травления - промывка изделий.

От рациональной организации промывки деталей (изделий) зависят общее количество и степень загрязнения сточных вод, а следовательно и последующие затраты на их очистку. В 1987 году ГИПРОЦМО для заводов ОЦМ отрасли были выполнены предварительные работы по разработке рекомендаций и схем промывки изделий после травления, показана эффективность использования многоступенчатой противоточной промывки и применения ванн улавливания, а так же на основании экспериментальных работ разработаны рекомендации по нормированию химического состава воды, применяемой для промывки полуфабрикатов после травления, при этом коэффициент отмывки Ко по основному загрязняющему веществу - серной кислоте принят 12000.

Однако на заводе эти рекомендации не учтены. На участках травления завода сложились следующие методы промывки изделий: в цехе №3 промывка изделий (листа) осуществляется напорным душирующим методом с предварительным снятием травильного раствора с поверхности изделий механическим способом на валках, в результате чего вынос загрязнений в сточные воды минимальный. В цехе №2 применяется неэкономичная прямоточная двухступенчатая схема промывки без ванн улавливания, где в первой ( после травления ) ванне детали промываются окунанием изделий в ванну с холодной технической водой, а во второй - в ванну с подогретой до 40 - 50 оС технической водой, незначительно разбавленной конденсатом пара. Загрязнения промывных вод в этом случае происходит за счет значительного выноса раствора из травильной ванны поверхностью обрабатываемых изделий в промывные ванны. Концентрации этих загрязнений во многом зависят от времени стекания травильного раствора над ванной травления, от сложности конфигурации изделий и от концентрации загрязняющих компонентов в травильном растворе.

Снижение этих концентраций до допустимых для нормального ведения технологических процессов на локальных очистных сооружениях (ЛОС) во многом зависит от производственной дисциплины технологического персонала и соблюдение технологических инструкций по травлению и промывке деталей.

Ниже приведены средние концентрации и колебания ИТМ в СВ цехов №2 и №3.

Состав основных загрязнений промывных вод в цехах №2 и №3

Номер цеха рН Содержание основных загрязнений мг/л
Cu2+ Zn2+ Fе общ
цех №2 1,9 - 6,1 1,5 - 440,0 11,0 - 270,0 0,15 - 35,0
цех №3 3,5 - 7,2 1,5 - 46,0 10,4 - 30,0 0,1 - 1,8

Результаты колебаний концентраций свидетельствуют о нестабильности состава СВ из-за неравномерности производственной программы и отсутствия должного контроля за процессами травления и промывки.

Некоторые результаты НИР (по 2-му цеху)

Некоторые результаты НИР (по 2-му цеху)

Результаты работы ЛОС цеха №2
(средние данные, рассчитанные по оперативным результатам ЦЗЛ)

Содержание ионов тяжелых металлов мг/л
Показатели Очищаемые стоки После предварительной очистки пульпой гальвано-
коагулятора Fe+C
После отстаивания пульпы гальвано-коагулятора Fe+C После отстаивания пульпы гальвано-коагулятора Al+C Оборотная вода
рН 4,4 6,0 6,0 8,6 7,3
Cu2+ 26,8 9,3 0,6 0,03 0,1
Zn2+ 27,4 19,7 15,2 0,1 5,2
Fe2+ 5,8 10,3 24,8 0,4 0,7