CC BY
7
ПРИМЕНЕНИЕ В МЕДЕПЛАВИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ОБЖИГА В «КИПЯЩЕМ» СЛОЕ И ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЕГО
Доцент В. А. Литкенс, младший научный сотрудник Л. В. Попова
Из Свердловского института гигиены труда и профессиональной патологии и кафедры гигиены труда Свердловского медицинского института
Одной из наиболее важных и трудных гигиенических задач в производстве меди и других тяжелых цветных металлов, а также в производствах, перерабатывающих сульфидные концентраты, является борьба с обильными выбросами сернистого газа и пыли в воздух рабочих помещений и атмосферу населенных пунктов.
В медеплавильном производстве сернистый газ выделяется на всех этапах получения меди из сульфидных руд и концентратов, однако наибольшее количество его выбрасывается в процессе обжига и шахтной плавки.
На медеплавильных заводах Урала, по довоенным данным М. Н. Бурова (1941) (табл. 1), ежегодно выбрасывались в атмосферу сотни тысяч тонн сернистого газа.
Исследование атмосферного воздуха в районах размещения медеплавильной промышленности Среднего Урала (Л. В. Тимофеева, 1956)
показало, что концен-
Таблица 1
Выбросы сернистого газа на медеплавильных заводах Урала (в т в год)
Медеплавильный завод
Кировоградский . Карабашский . Красноуральский Среднеуральский
Обжиговые н шахтные печи
200 ООО 150 000 72 000
Отражательные печи
48 000 20 000 8 000 52 000
Кон-Еертеры
38 000 30 000 30 000 72 000
трации сернистого газа по среднесуточным и максимально разовым показателям превышают предельно допустимые на расстояниях до 5 км от заводов при различных скоростях ветра. Изучением заболеваемости детей в возрасте до 7 лет установлено, что общий уровень заболеваемости и заболевания органов
дыхания, особенно пневмоний, в районах, где отмечается выделение газа, превышает уровень заболеваемости в районах, не подвергающихся влиянию сернистого газа.
Гигиенические условия труда при обжиге медно-сульфидных концентратов и других сернистых продуктов характеризуются выделением сернистого газа в высоких концентрациях и пыли в воздух рабочих помещений, а также неблагоприятными метеорологическими условиями. При обжиге в механических многоподовых печах, широко применяемых в цветной металлургии, основными источниками выделения газов и пыли являются различные отверстия для загрузки шихты, выгрузки огарка, а также рабочие окна и смотровые отверстия на многочисленных подах. Наиболее неблагоприятным моментом при обслуживании многоподовых обжиговых печей является смена горячих гребков, горячий ремонт и оправка печей. В этом случае рабочие подвергаются одновременному воздействию особенно высоких концентраций сернистого газа, интенсивного теплового облучения и высоких температур окружающего воздуха. Высокие концентрации сернистого газа наблюдаются также при транспортировке горячего огарка, загрузке и выгрузке его из открытых вагонеток.
За последние годы в СССР и за рубежом широко проводятся изыскания новых технологических методов более совершенного обжига сульфидных материалов. Проведенные у нас и за границей исследо-
вания и накопленный производственный опыт показали, что наиболее прогрессивным методом из всех известных в настоящее время методов обжига является обжиг в «кипящем» слое. Принцип его заключается в том, что при продувании сжатого воздуха снизу через слой мелкозернистого материала последний приобретает текучесть вследствие интенсивного его перемешивания, что напоминает «кипящую» жидкость, легко перемещающуюся при разнице уровня. Постоянное движение мелкозернистого слоя способствует более тесному соприкосновению его частиц с кислородом воздуха, что резко повышает интенсивность окисления. В опытно-производственной печи было достигнуто увеличение удельной производительности на 1 м3 объема печи в 4'/2 раза по сравнению с промышленными многоподовыми печами. В результате обжига в «кипящем» слое получается в IV2—2 раза более концентрированный сернистый газ, что облегчает использование мало концентрированных газов других металлургических процессов (конвертирование, отражательная плавка).
Возможность точного соблюдения температурного и газового режима при обжиге в «кипящем» слое открывает новые перспективы для селективного извлечения многочисленных полезных компонентов перерабатываемых сложных исходных материалов. Предусматриваемая герметичность печи обжига в «кипящем» слое создает предпосылки для применения этого метода при возгонке ядовитых металлов и их соединений. В зарубежной печати имеются сообщения о применении в Канаде, США, Японии и Австралии (Schlechten, 1954 и др.) обжига в «кипящем» слое для отгонки мышьяка из золотого сульфидно-мышья-кового концентрата, возгонки ртути, свинца, кадмия. Обжиг в «кипящем» слое успешно применяется также для обжига цинковых концентратов, молибденитовых и др.
Высокая интенсивность и значительные технико-экономические преимущества .нового метода обжига в «кипящем» слое стимулируют стремление к внедрению его в различные отрасли промышленности. Широкое применение этого метода одновременно должно явиться значительным шагом вперед в санитарно-гигиеническом отношении и, в частности, в оздоровлении условий труда и быта работающих в медеплавильном производстве.
По своей технологической сущности обжиг в «кипящем» слое требует полной герметизации процесса. Это создает возможность значительного уменьшения выбросов сернистого газа и мелкодисперсной пыли в воздух рабочих помещений обжиговых цехов. Отсутствие движущихся гребковых механизмов в печи устраняет один из наиболее неблагоприятных в гигиеническом отношении моментов, имеющих место в работе многоподовых печей. Все это побудило нас принять участие в освоении новой техники обжига применительно к медеплавильному производству. Гигиенические исследования проводили на одном из медеплавильных заводов Урала, где в 1954—1955 гг. испытывали соответствующую опытную установку.
Обжиг медно-сульфидных концентратов на заводской опытной установке производили по следующей схеме (см. рисунок).
Медный концентрат — мелкий, сухой, пылящий порошок с содержанием 30—40% серы — открытым ленточным транспортером из сушильных барабанов специального сушильного цеха подается в бункер, откуда тарельчатым питателем выгружается на следующий, ниже расположенный, открытый ленточный транспортер. На этот же транспортер из двух рядом расположенных бункегов также при помощи тарельчатых питателей подается измельченный кварц (20%) и размолотый известняк (6%). Дальше по открытому транспортеру шихта поступает в ниже расположенный дезинтегратор, где доизмельчается, смешивается и ссыпается на контрольный наклонный вибрационный грохот. Частицы в 2 мм и крупнее сбрасываются в отвал, а основная масса шихты, содержащая 95% частиц мельче 0,07 мм, ссыпается на ленточный транспортер, взвешивается на транспортерных весах и поступает в бункер питателя, установленного над обжиговой печью. Шлюзовой питатель барабанного типа непре-
рывно подает шихту в печь в необходимом количестве через загрузочное отверстие. Воздух, окисляющий серу шихты, турбокомпрессором подается в печь под давлением через воздухораспределительные коробки, расположенные снизу по всей поверхности пода печи, и приводит в непрерывное движение зерна шихты. Обожженный огарск самотеком выходит по течкам, расположенным в противоположной от питателя стороне печи, и поступает в общий бункер, откуда периодически загружается в открытые вагонетки и отвозится на склад. Горячие газы с концентрацией сернистого ангидрида до 14% и с большим содержанием пыли частично охлаждаются в газоходах и очищаются от пыли в циклонах, расположенных в том же помещении выше печи, а затем дополнительно очищаются в ловушках пыли и электрофильтрах.
Схема обжиговой установки. * — концентрат; 2 — известняк; 3 — кварц; 4 — дезинтегратор; 5 — грохот; 6 — весы; 7 — холодильник; 8 — турбокомпрессор; 9—циклоны; 10 — электрофильтр; //—огарок и пыль — на склад.
Обжиг медно-сульфидных концентратов в «кипящем» слое осуществлялся в опытной однокамерной печи прямоугольного сечения исключительно за счет теплоты экзотермических реакций. При этом значительная часть тепла теряется в окружающее помещение: свыше 10% через кладку печи, около 14% с огарком и пылью. Остальная часть тета уносится с горячими газами (43%) и удаляется с помощью водоохлаж-даемых кессонов и вертикальных холодильников (28%). Периодически через каждые 15—20 минут выгрузчики открывают шибер бункеров огарка и пыли и спускают их самотеком в открытые вагонетки. Операция выгрузки пыли длится в среднем каждый раз около 8'/г минут, огарка—11 /2 минуты и сопровождается выделением большого количества пыли и сернистого газа. Открытые вагонетки с раскаленным огарком (температура 500—600°) весом свыше 1 т выгрузчики откатывают вручную на весы и транспортируют дальше с помощью электролебедки.
Исследования запыленности воздуха на экспериментальной заводской установке, проведенные в зимних и летних условиях, показали, что значительные концентрации пыли имеют место на всех стадиях произ-
водства (табл. 2). При изготовлении шихты на рабочих местах у первичных бункеров средняя концентрация пыли составляла 140 мг/м3, а максимальная доходила до 300 мг/м3, у тарельчатых питателей соответственно 278 и 411 мг/м3; у дезинтегратора — 123 и 147 мг/.м3; у наклонного виброгрохота были наибольшие концентрации — в среднем 1174 мг/м3.
Таблица 2
Запыленность воздуха на опытной обжиговой установке
Концентрация (в мг/м3)
Место отбора проб Число
проб
средняя максимальная
Шихтовое отделение
У первичных бункеров 8 140,4 300
У тарельчатых питателей 8 278,6 411,1
У дезинтегратора - . . 3 123 147
У виброгрохота .... 2 1174,4 1304,4
Печевое отделение
У барабанного питателя 5 18 27,8
У контрольно-измери- 8 32,6 58,3
тельных приборов . .
У циклонов ..... 11 391,8 2418,5
У бункеров огарка и пы-
ли ........ 12 544 1674,6
Таким образом, в шихтовом отделении высокая запыленность воздуха связана с ссыпанием тонко измельченных материалов при загрузке бункеров флюсами и концентратом, при свободном падении компонентов шихты с тарель-
Таблица 3 Дисперсный состав пыли
чатых питателен на транспортерную ленту, при передаче материала с транспортера на дезинтегратор, затем на вибрационный грохот и так далее до бункера питателя печи. В пеаном отделении пыль выделяется главным образом с горячими газами через неплотности печи, при выгрузке огарка и циклонной пыли в вагонетки, при чистке переходов между циклонами. Концентрации пыли на рабочем месте у барабанного питателя составляли в среднем
18 мг/м3, доходя максимально до 28 мг/м3; у контрольно-измерительных приборов соответственно 32 и 58 мг/м3. Наибольшие концентрации пыли имели место у циклонов (в среднем 392 и максимум 2418 мг/м3), у бункера огарка (в среднем 544 и максимум 1675 мг/м3).
Определение дисперсного состава пыли методом экранирования показало преобладание мельчайших частиц пыли. Так, у тарельчатых
Место отбора проб Процентное соотношение пылинок размером
менее > И- 1—5 11 5—10 |1 более 10 ц
У тарельчатых питате-
лей ....... 78,5 17,3 1,6 2,6
76,6 17,2 3,2 3
У бункеров огарка . . 73,4 18,3 4 4,3
Там же . ..... 72,1 22,4 2,5 3
У бункеров медного кон-
центрата ..... 70,8 20,1 3,6 5,7
Там же....... 68,2 17,9 5,7 8,2
питателей, подающих кварц на транспортерную ленту, фракции пыли размером менее 5 ^ составляли 95,8%, причем число частиц менее 1 [1-доходило до 78,5%. На различных рабочих местах это соотношение несколько менялось (табл. 3).
Проведенный химический анализ проб осевшей пыли показал, что процентное содержание в ней общего кремнезема и свободного кварца,
а также меди, свинца и никеля значительно колеблется на различных производственных участках (табл. 4).
Высокое процентное содержание в пыли общего кремнезема и свободной двуокиси кремния давало бы основание отнести ее к группе пыли с предельно допустимой концентрацией в 2 мг/м3, однако наличие свинца и окиси цинка обязывает рассматривать ее как токсическую пыль и считать предельно допустимую концентрацию также по содержанию свинца и окиси цинка.
Наряду с высокой запыленностью воздуха в помещениях экспериментально-обжиговой установки отмечены значительные концентрации сернистого газа (табл. 5).
Средние концентрации сернистого газа за период исследований во всех точках превышали предельно допустимые и на отдельных рабочих местах колебались от 0,06 до 0,45 мг/л. Особенно интенсивным выделением сернистого газа характеризовались операции, связанные с нарушением герметичности процесса, при чистке циклонов, при выгрузке огарка и пыли.
Источниками выделения сернистого газа являлись в основном загрузочные и разгрузочные устройства и различные неплотности в конструкции печи, недостаточная герметичность смотровых окон печи и циклонов, неплотности в местах соединения кессонов и термопар с кладкой печи и т. д. Значительным и постоянным источником выделения сернистого газа являются открытые вагонетки с огарком.
Выводы
1. Обжиг в «кипящем» слое наряду с улучшением большинства количественных и качественных производственных показателей позволяет существенно улучшить санитарные условия труда и снизить за-
Таблица 4
Химический состав пыли (в процентах)
Кгсмнелем
Место отбора прсб общий свободный Медь Свинец Цинк
У бункера огарка У виброгрохота У обжиговой печи У циклонов 20,93 11.5 11,47 8,75 8 10 9,5 8 3,81 7,87 13,97 7,11 0,25 0,24 0,17 0,22 6,07 8,10 10,12 13,16
Таблица 5 Концентрации сернистого газа (в мг/л)
Число анализов Концентрация
Место отбора проб средняя минимальная максимальная
У питательного бункера 4 0,13 0,08 0,2
У барабанного питателя 7 0,1 0,07 0,21
У контрольно-измери-тельных приборов 8 0,06 0,02 0,15
У кессонов печи . . . 7 0,26 0,02 0,62
У смотровых окон (в момент шуровки) . . 5 0,13 0,06 0,21
У циклонов: а) до чистки .... б) при чистке .... 8 3 0,14 0,45 0,1 0,21 0,29-0,77
У бункеров огарка и пыли....... 8 0,12 0,03 0,68
грязнение атмосферного воздуха в зоне предприятий цветной металлургии за счет улавливания и использования сернистого газа.
2. Внедрение в различные отрасли промышленности метода обжига в «кипящем» слое требует обязательного решения в условиях заводской экспериментальной установки наряду с технологическими вопросами всего комплекса мероприятий по оздоровлению условий труда.
3. Необходимо тщательно доработать технические мероприятия обеспыливания всех процессов при подготовке и транспортировке шихты, а также герметичного питания печи, герметичной разгрузки и транспортировки огарка и пыли, автоматического регулирования процессов обжига для предупреждения выбросов сернистого газа и пыли. Для борьбы с запыленным воздухом целесообразно испытать способ мокрого приготовления шихты с подачей ее в печь в виде пульпы при помощи насоса.
ЛИТЕРАТУРА
Буров М. Н., в кн.: Труды совещания по очистке промышленных газов. М., 1941, стр. 5—12.—Гольдберг М. С., Санитарная охрана воздуха, М., 1948 — Литке не В. А., Гиг. и сан., 1955, № 8, стр. 15 — 19.— Он ж е, в кн.: Информационно-методические материалы Центрального научно-исследовательского санитарного ин-та им. Эрисмана. М., 1951, № 3—4, стр. 75—77.—Литке не В. А., М а ц а к В. Г., Отопл. и вент., 1939, № 11 —12, стр. 21—24.—Обжиг в «кипящем» слое, М., 1955.—Си Доренко в И. В., Фармакол. и токенкол., 1950, т. 13, № 3, стр. 5—8.— Тимофеева Л. В., в кн.: Тезисы докладов 6 научной сессии Свердловского ин-та гигиены труда и профпатологии, Свердловск, 1956. стр. 18—20.—Counsel man Т. В., Min. Congr. J., 1954, v. 40, N. 3, p. 53—55.—S с h 1 e с h t e n A. W., Eng. a. Min. J., 1954, v. 155, N. 11, p. 81—83.
Поступила I5/III 1956 г
HYGIENIC ASSESSMENT OF THE METHOD OF BURNING IN THE «BOILING» LAYER AT THE COPPER SMELTING WORKS
V. A. Litkens, subprofessor, L. V. Popova, junior scientific collaborator
The new technological method of burning the copper sulfide concentrates in the boiling layer increases the content of sulphurous anhydride in the furnace gas up to 14—16%. This makes it possible to collect more fully the discharged sulphurous gas during all the processes of copper smelting works and use it in the production of sulphuric acid.
In order to improve the hygienic conditions during the process of burning in fhe boiling layer at copper smelting works, it is necessary to have a completely automatic regulation of the burning process, hermetic feeding of the furnace and hermetic transportation of hot metal (vibrotransport, pneumotransport).
тйг # -A-
ПРОФИЛАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ОБСЛЕДОВАНИЙ СОСТОЯНИЯ ВЕРХНИХ ДЫХАТЕЛЬНЫХ ПУТЕЙ У РАБОЧИХ
ХИМИЧЕСКОГО ЗАВОДА
Р. В. Борисенкова, Р. М. Иоффе, 3. С. Каплун, О. Я. Могилевская
Из клиники уха, горла и носа и кафедры гигиены труда Г Московского ордена Ленина медицинского института имени И. М. Сеченова
По заданию Министерства здравоохранения СССР кафедра гигиены труда и клиника уха, горла и носа I Московского ордена Ленина медицинского института имени И. М. Сеченова провели работу по изучению состояния здоровья рабочих химического завода. Шль работы — выявить нарушения в состоянии верхних дыхательных путей у рабочих, подвергающихся воздействию газо-, паро- и пыле^разных веществ в производстве анилиновых красителей в таких концентрациях,
