Tập 5 - Sổ tay hướng dẫn Xử Lý ô nhiễm môi trường

Bộ sổ tay gồm 10 tập hướng dẫn Xử Lý ô nhiễm môi trường - Sở KH CN & MT TPHCM

nghiệp SỞ KHOA HỌC, CÔNG NGHỆ VÀ MÔI TRƯỜNG

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

SỔ TAY HƯỚNG DẪN

XỬ LÝ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG

TRONG SẢN XUẤT TIỂU THỦ CÔNG

NGHIỆP

Tập 5 :

XỬ LÝ Ô NHIỄM

NGÀNH NẤU ĐÚC KIM LOẠI

\]\] Thành phố Hồ Chí Minh 1998 \]\]

nghiệp

MỤC LỤC

1 CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG CỦA NGÀNH NẤU ĐÚC KIM LOẠI TIỂU THỦ CÔNG NGHIỆP

3

1.1 Sơ đồ công nghệ nấu đúc kim loại hiện tại 3

2.1 Biện pháp cải tiến công nghệ nấu đúc 5

nghiệp

LỜI NÓI ĐẦU

rong những năm qua tốc độ tăng trưởng bình quân giá trị tổng sản lượng công nghiệp tại Thành phố Hồ Chí Minh đạt mức 14% năm, trong đó sản xuất kim loại đạt khá cao là 26% năm, do vậy sự tồn tại và phát triển của ngành nấu đúc kim loại có ý nghĩa lớn Tuy nhiên, nấu đúc kim loại là ngành có tải lượng ô nhiễm rất cao, đặc biệt là thải ra nhiều khói, bụi; việc khắc phục các tác nhân gây ô nhiễm trên nhằm bảo đảm điều kiện làm việc cho người lao động và bảo vệ môi trường chung là cần thiết cho sự phát triển bền vững

Tài liệu trình bày các kết quả nghiên cứu xử lý ô nhiễm môi trường phù hợp với điều kiện hiện nay của các cơ sở nấu đúc kim loại tiểu thủ công nghiệp tại TP.HCM, bao gồm các biện pháp xử lý tại nguồn và xử lý sau nguồn Trong đó lựa chọn hướng hoàn thiện công nghệ nấu luyện kim loại nhằm nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm, giảm tiêu hao năng lượng, chi phí sản xuất và hạn chế tối đa ô nhiễm phát sinh để làm nhẹ khâu xử lý khí thải tiếp theo Tài liệu này là một phần của “Sổ tay hướng dẫn xử lý ô nhiễm môi trường trong sản xuất tiểu thủ công nghiệp tại TP HCM ”

CHỦ TRÌ : PGS.TS NGUYỄN THIỆN NHÂN

BIÊN SOẠN : GS.TS PHẠM PHỐ

ThS LÊ VĂN LỮ PTS ĐẶNG VŨ NGOẠN ThS HUỲNH PHÚ

T

nghiệp

1 CÁC VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG CỦA NGÀNH NẤU ĐÚC KIM LOẠI TIỂU THỦ CÔNG NGHIỆP

1.1 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ NẤU ĐÚC KIM LOẠI HIỆN TẠI

Hiện nay, các cơ sở tiểu thủ công nghiệp tại Thành phố Hồ Chí Minh thường nấu đúc kim loại theo quy trình công nghệ như sau:

SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ NẤU ĐÚC KIM LOẠI HIỆN TẠI

(SƠ ĐỒ) Đặc điểm của công nghệ nấu đúc hiện tại:

- Khâu chuẩn bị nguyên liệu không được chú trọng, điều này sẽ làm phức tạp khâu nấu luyện, làm tiêu tốn thêm nhiều nhiên liệu để đốt cháy các tạp chất lẫn trong nguyên liệu và biến chúng thành các loại khói, bụi độc hại

- Sử dụng các loại nhiên liệu gây ô nhiễm nhiều như than, dầu F.O, củi

- Công đoạn nấu chảy và tinh luyện được tiến hành trên cùng một thiết bị lò nên kém hiệu quả về kỹ thuật và kinh tế, đồng thời gây khó khăn cho việc xử lý ô nhiễm

- Không sử dụng chất trợ dung nấu luyện hoặc sử dụng không đúng chủng loại, thành phần hoặc số lượng; điều này làm tăng lượng cháy hao do có thêm nhiều kim loại nguyên liệu bị đốt cháy thành các loại khí độc hại làm

ô nhiễm không khí và quá trình trên cũng làm tăng tiêu hao nhiên liệu

nghiệp

1.2 CÁC TÁC NHÂN GÂY Ô NHIỄM CHÍNH

Công đoạn Các chất thải chính Tác động đến môi trường

CHUẨN

BỊ

PHẾ LIỆU

- Bụi, dầu mỡ, đất cát, sét

rỉ, bột oxyt kim loại …

- Khí thải do đốt sơn, cao

su, nhựa

- Nước thải kiềm, axit

Tiếng ồn, khí thải và bụi tác động đến khu vực sản xuất và lân cận, ảnh hưởng hệ hô hấp, bệnh ngoài da, gây

ô nhiễm nước ngầm, hệ thống cống rãnh , ảnh hưởng thính giác

ĐỐT

NHIÊN

LIỆU

- Khí thải CO, SO2 , NOx,

bồ hóng, tro bụi

- Nhiệt và tiếng ồn của

mô tơ, quạt gió, hiện

tượng cháy nổ

Gây ngạt thở, đau đầu, ù tai, dị ứng và việm da, tổn thương mắt, sang chấn giác mạc, giảm chức năng hô hấp, bệnh phổi trầm trọng

Ăn mòn thiết bị, gây mưa axit

NẤU

CHẢY

KIM LOẠI

- Hơi kim loại: chì, thiếc,

kẽm, antimoan

- Bụi và các oxit kim loại

- Ô nhiễm nhiệt

Gây ngạt thở, cay mắt, viêm họng, mùi khó chịu, giảm sức khoẻ lao động, làm hư hại các công trình

TINH

LUYỆN

KIM LOẠI

- Hơi kim loại, hơi muối

và các hợp chất Halogen

trong trợ dung như KCl,

Na3AlF6, CaF2 …

- Nhiệt, bụi oxit kim loại

Gây ngộ độc, ảnh hưởng đường hô hấp, mắt và da, tác động xấu đến cường độ lao động, ảnh hưởng dân

cư xung quanh Ăn mòn và làm hư hỏng thiết bị

ĐÚC

SẢN

PHẨM

- Bụi, hơi nóng, hơi nước

- Cháy các hoá chất của

hỗn hợp làm khuôn, sơn

khuôn

Aûnh hưởng đến phổi, mắt và lâu ngày gây viêm da

Mùi khó chịu do các hoá chất cháy khi rót khuôn

THÁO DỠ

KHUÔN

- Bụi SiO2 , MgO,Al2O3…

- Tiếng ồn do thiết bị phá

khuôn, làm sạch vật đúc

Gây bệnh về mắt, phổi, ngoài da Tiếng ồn làm giảm thính giác, ảnh hưởng sức khỏe người lao động

XỬ LÝ

THU HỒI

- Chất thải rắn: xỉ , bã kim

loại

- Bụi và khí thải độc hại

có nhiệt độ cao

Các bệnh về hô hấp, ngoài da và ảnh hưởng trực tiếp tới dân cư xung quanh

Ô nhiễm nguồn nước ngầm, hư hại đường cống

nghiệp

2 CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ Ô NHIỄM

2.1 BIỆN PHÁP CẢI TIẾN CÔNG NGHỆ NẤU ĐÚC

Sơ đồ công nghệ nấu đúc cải tiến như sau sẽ giúp các cơ sở nâng cao năng suất, tăng chất lượng sản phẩm, làm giảm tiêu hao năng lượng, giảm chi phí sản xuất và đồng thời cũng làm giảm lượng ô nhiễm phát sinh:

2.1.1 Sơ đồ công nghệ nấu đúc kim loại cải tiến

(SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ NẤU ĐÚC KIM LOẠI CẢI TIẾN)

2.1.2 Đặc điểm công nghệ nấu đúc cải tiến

nghiệp

1 Phân loại nguyên liệu

Nguyên liệu mua về cần được tách riêng thành ba nhóm như sau:

- Nhóm nguyên liệu sạch: kim loại thỏi thương phẩm

- Nhóm nguyên liệu xác định: nắm được nguồn gốc và thành phần hóa học, như các rẻo thừa, phoi tiện, ba via của qui trình sản xuất, các phế liệu vỏ lon bia, dây điện và hồi liệu

- Nhóm nguyên liệu không xác định: không rõ nguồn gốc và thành phần hóa học (đồ lạp xoong) Nhóm nguyên liệu này cần được xử lý sơ bộ

2 Xử lý sơ bộ

Nhóm nguyên liệu không xác định thường có lẫn nhiều tạp chất có hại cho quá trình nấu luyện như: kim loại tạp, dầu mỡ, nước, bụi, đất … Các tạp chất trên không chỉ làm tiêu hao nhiều nhiên liệu khi nấu, làm giảm chất lượng kim loại thành phẩm mà còn làm phát sinh nhiều loại hơi khí thải độc hại, gây ô nhiễm môi trường Do đó, nhóm nguyên liệu không xác định cần được xử lý sơ bộ bằng cách phân loại, làm sạch, sấy, đóng bánh và bảo quản thích hợp Việc xử lý sơ bộ sẽ giúp:

- Đảm bảo thực thu kim loại cao, ít cháy hao

- Nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm

- Giảm phát sinh hơi khí thải độc hại

Việc phân loại và sơ chế có thể tốn thêm chi phí lao động và chiếm thêm mặt bằng, tuy nhiên cái lợi vẫn lớn hơn Ví dụ trong trường hợp nấu phế liệu nhôm: phế liệu thật khô hiệu suất thu hồi nhôm có thể đạt 90– 92%, nếu độ ẩm là 20% thì hiệu suất thu hồi chỉ còn 68– 70% Phần không thu hồi được sẽ đi vào xỉ, tạo ra các chất thải rắn hoặc bay hơi gây ô nhiễm không khí

Phân loại phế liệu bằng tay theo kinh nghiệm, gồm các bước:

• Các phế liệu có khối lượng lớn cần đem đi phân tích thành phần hóa học

• Tách cơ học các phế liệu có dính đất, bụi, các phế liệu có bọc nhựa, loại bỏ các phần có kim loại không cần thiết …

• Làm sạch dầu mỡ, sơn

nghiệp

• Làm khô phế liệu bằng phơi nắng hoặc sấy ở 1000C

• Các phế liệu dạng rẻo, lon, đầu mẩu, phoi … cần đem đóng bánh cỡ 2–3 kg, khối lượng riêng phải đạt 1.5 kg/dm3

• Bảo quản nguyên liệu ở kho có mái che, khô ráo Với đặc điểm khí hậu nóng và ẩm của TP.HCM , không nên để phế liệu trong kho lâu quá 2 tuần Trường hợp lượng phế liệu quá lớn, cần phải nấu ra thỏi tái sinh

• Việc cô phế liệu thành thỏi là công nghệ đáng khuyến khích, vì nó nâng cao chất lượng thành phẩm, nâng cao hiệu suất thu hồi kim loại và giảm thiểu ô nhiễm môi trường Công nghệ này tuy có tăng chi phí năng lượng, nhưng lợi ích toàn cục lớn hơn rất nhiều Các cơ sở cô nhôm thỏi nên đặt ở các nơi xa khu dân cư, sử dụng các nguồn năng lượng rẻ tiền như dầu FO , than đá … Các cơ sở nấu đúc ở nội thành chỉ nên sử dụng các nguyên liệu sạch , đã qua xử lý nhằm tránh ô nhiễm khu dân cư

3 Trợ dung

Trợ dung (bao gồm trợ dung che phủ và trợ dung tinh luyện) có tác dụng rất quan trọng:

- Bảo vệ kim loại lỏng tránh được sự tác động và xâm nhập của khí

- Khử một số tạp chất có hại trong kim loại lỏng

- Giảm mức độ bay hơi của kim loại ở nhiệt độ cao, tiết kiệm năng lượng nhiệt

Ở TP.HCM , các cơ sở đúc nhỏ thường không sử dụng trợ dung hoặc sử dụng không đúng Điều đó là không hợp lý, vì nó tăng tỷ lệ kim loại bay hơi hoặc đi vào xỉ , gây ô nhiễm không khí

Đối với trường hợp nấu đúc nhôm thì hầu hết các trợ dung đều là các muối của Halogenua như Nacl , KCl , CaF2 , Na3AlF6 … Tùy công nghệ và thiết

bị nấu đúc mà tỷ lệ trợ dung cho vào khác nhau, thường lượng trợ dung chiếm

10 – 15% trọng lượng kim loại lỏng Lượng trợ dung cho quá ít sẽ không có tác dụng che phủ và tinh luyện , còn cho quá nhiều sẽ lãng phí và các Halogenua bay hơi sẽ gây ô nhiễm không khí Các hơi Clorua có thể gây viêm khí quản , ảnh hưởng đến hệ hô hấp và làm ăn mòn các kết cấu kim loại xung quanh

nghiệp

MỘT SỐ TRỢ DUNG DÙNG KHI ĐÚC NHÔM VÀ HỢP KIM NHÔM:

11,5 KCl + 56,5 NaCl + 7 Na3AlF6 + 25 NaF

10 KCl + 50 NaCl + 10 Na3AlF6 + 30 NaF

45 NaCl + 15 Na3AlF6 + 40 NaF

Trợ dung tổng hợp dùng khi nấu hợp kim nhôm Silic

45 KCl + 55 NaCl

37 KCl + 50 NaCl + 6,6 Na3AlF6

+ 6,4 KCl MgCl2

42- 46 KCl + 43- 47 NaCl + 7- 15 Na3AlF67

Trợ dung che phủ đối với mọi loại hợp kim nhôm, trừ hợp kim nhôm– magiê

47 KCl + 30 NaCl + 23 NaAlF6

Trợ dung tinh luyện đối với mọi hợp kim nhôm, trừ hợp kim nhôm – magiê

60 KCl MgCl2 + 40 CaF2

10 CaCl2 + 80 MgCl2 KCl + 10 BaCl2

Trợ dung tinh luyện hợp kim nhôm– magiê

80 MgCl2 KCl + 20 CaF2

85 MgCl2 KCl + 15 MgF2

Trợ dung che phủ hợp kim nhôm– magiê

4 Phối liệu nấu luyện

- Tính toán phối liệu nhằm tạo ra hợp kim có thành phần và cơ tính theo yêu cầu sau khi nấu luyện

- Phối liệu bao gồm: kim loại thỏi (sạch), phế liệu và hợp kim trung gian Thành phần phối liệu phụ thuộc vào nguyên liệu, thiết bị và công nghệ nấu luyện, cũng như tính chất cơ lý của hợp kim thu được

5 Công nghệ nấu luyện

nghiệp

- Nấu chảy: nhằm chuyển nguyên liệu thành kim loại lỏng dưới tác dụng của nhiệt độ cao trong lò Nấu chảy kim loại ưu tiên quan tâm đến năng suất và lượng tiêu hao nhiên liệu

- Tinh luyện: nhằm loại bỏ các tạp chất có hại trong kim loại lỏng ảnh hưởng xấu tới cơ lý tính của vật liệu Quá trình tinh luyện ưu tiên quan tâm độ chính xác và ổn định của nhiệt độ lò, do đó phải được tiến hành trong các lò chuyên dụng

6 Lò nấu luyện

- Lò nấu luyện kim loại rất đa dạng, lò nấu ảnh hưởng lớn tới năng suất, chất lượng kim loại và ô nhiễm môi trường Hiện trong ngành nấu đúc kim loại, lò và thiết bị đốt lạc hậu nên tiêu hao nhiều nhiên liệu, giảm năng suất và chất lượng kim loại nấu, sinh nhiều chất thải độc hại

- Đa số các lò sử dụng nhiên liệu rắn (than đá, than cám), nhiên liệu lỏng (dầu FO, DO) khi cháy sinh ra nhiều chất ô nhiễm không khí (CO, SO2, NOx, bồ hóng, bụi .)

- Năm 1999 Petro Vietnam bắt đầu cung cấp khí hoá lỏng (gas LPG ), giá rẻ hơn rất nhiều so với gas nhập ngoại hiện nay trên thị trường (150 USD so với hiện nay là 450 - 485 USD/tấn LPG nhập ngoại) Sử dụng nguồn khí hoá lỏng của chúng ta sản xuất vừa tận dụng nguồn nhiên liệu quí báu, sẵn có, vừa có đạt hiệu quả về kinh tế, kỹ thuật và môi trường

7 Đúc phôi

- Là quá trình tạo hình kim loại theo hình dạng và kích thước yêu cầu trong các khuôn đúc, có hai loại khuôn đúc thông dụng: khuôn cát và khuôn kim loại

- Vật liệu làm khuôn, chất sơn khuôn và khâu chuẩn bị đúc có ảnh hưởng lớn đến chất lượng phôi thu được

Qui trình công nghệ nấu đúc kim loại đề xuất trên đây, nếu được áp dụng một cách đúng đắn và đồng bộ sẽ hạn chế được một lượng lớn khí bụi thải sinh

nghiệp

ra, điều này vừa mang lại hiệu qủa kinh tế vừa góp phần làm giảm nhẹ khâu xử

lý ô nhiễm sau đó

2.1.3 Lò nấu nhôm

1 Lò nấu nhôm hiện tại

Hiện nay, các lò nấu nhôm được sử dụng phổ biến trong ngành nấu đúc kim loại tiểu thủ công nghiệp có những đặc điểm chính sau :

- Lò dạng nồi nấu trực tiếp từ ngọn lửa đốt cháy nhiên liệu

- Lò có kết cấu nhỏ, đơn giản, được xây dựng bằng gạch chịu lửa samốt B

- Năng suất lò không lớn : từ 100 – 200 kg/giờ

- Nhiên liệu sử dụng : dầu nặng FO

Ưu điểm

- Kết cấu lò đơn giản, dễ chế tạo và sử dụng các vật liệu thường nên giá thành rẻ

- Lò chiếm ít diện tích mặt bằng nên dễ phù hợp với qui mô sản xuất tiểu thủ công nghiệp

- Vận hành đơn giản, quá trình nấu nhanh và gọn, phù hợp với qui mô sản xuất nhỏ

Nhược điểm

- Nhôm bị oxy hóa (cháy) mạnh mẽ bởi cách đốt trực tiếp ở nhiệt độ cao, cửa lò mở và môi trường cháy có dư nhiều oxy

- Nhôm dễ bị nhiễm bẩn bởi tạp chất hòa tan từ gạch xây lò vào kim loại lỏng, đặc biệt là SiO2, phương pháp nấu trực tiếp dễ làm nhôm lỏng bị hấp thụ khí (H2, CO, N2…)

- Hiệu suất sử dụng nhiệt của lò thấp do khói thải thoát ra có nhiệt độ cao và mất nhiệt qua thể xây của lò

nghiệp

- Lò không có buồng đốt riêng nên nhiên liệu cháy không hoàn toàn tạo ra nhiều khí độc CO và tổn thất nhiên liệu tăng

- Dùng dầu FO có hàm lượng lưu huỳnh cao (~ 3%) : phát sinh ra nhiều khí

SO2 trong khí thải

- Sinh nhiều bụi do theo nguyên liệu tạp đưa vào lò cùng với tro, muội từ nhiên liệu khi cháy

- Hầu hết các lò nấu nhôm đều không có thiết bị xử lý khí thải, nên mức độ gây ô nhiễm phụ thuộc hoàn toàn vào công nghệ nấu luyện và hệ thống thoát khói

2 Đề xuất lò cải tiến

Nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, tăng hiệu quả kinh tế và hạn chế mức độ ô nhiễm môi trường, đề nghị thiết kế lò nấu nhôm cải tiến như hình 1

Đặc điểm:

- Lò cải tiến được xây dựng trên cơ sở của lò nấu nhôm hiện hành, tận dụng một phần của kết cấu lò cũ Lò có tên gọi là LÒ BUỒNG ĐỨNG

- Lò có buồng đốt riêng để quá trình cháy nhiên liệu được thực hiện triệt để, nhiệt độ cao của ngọn lửa truyền trực tiếp cho nhôm đã chảy lỏng trong phần nồi lò

- Nguyên liệu trước khi nấu chảy được sấy và nung nóng sơ bộ bằng khí thải thoát ra từ buồng lò, vừa tận dụng nhiệt vừa giảm cháy hao nguyên liệu

- Nguyên tắc nấu “ nung nhanh, nhúng chìm ” nhằm đảm bảo năng suất và hiệu suất nấu nhôm cao

- Dùng nhiên liệu dầu DO có hàm lượng lưu huỳnh thấp

- Sử dụng mỏ đốt nhiên liệu được cải tiến phù hợp để đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu và làm việc với hiệu suất cao nhất

- Có trang bị bộ đo nhiệt độ lò để duy trì nhiệt độ nấu tối ưu và chỉnh tốc độ nấu chảy nhôm

- Sử dụng vật liệu chịu lửa cao alumin : thể xây ít bị ăn mòn và đưa tạp chất vào nhôm lỏng

- Hệ thống thoát khói được cường hóa nhằm đáp ứng công nghệ nấu luyện và

nghiệp

giảm mức độ ô nhiễm môi trường

- Có thể tự động hóa điều khiển nhiệt độ lò và sự cháy của nhiên liệu dễ dàng

- Lò cải tiến được thực hiện trong thời gian ngắn và tận dụng nhiều phần thiết bị cũ, sẵn có của cơ sở nên giảm chi phí đầu tư

Hình 1: LÒ BUỒNG ĐỨNG NẤU NHÔM

2.2 BIỆN PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI

Sau khi đã thực hiện các biện pháp nêu trên, lượng khói bụi thải phát sinh khi nấu đúc kim loại giảm khá nhiều, tuy vậy, để có thể đảm bảo các yêu cầu cao hơn về chất lượng môi trường, khí thải của lò nấu luyện kim loại cần phải được xử lý bổ sung

Khí thải của lò nấu luyện kim loại có đặc điểm sau: nhiệt độ cao, bụi có độ phân tán cao, chứa cả các hơi kim loại và khí độc hại, vì vậy thiết bị xử lý khí thải phải đáp ứng các yêu cầu sau :