MỞ ĐẦU Phát triển kinh tế xã hội và bảo vệ môi trƣờng là vấn đề sống còn của cả nhân loại. Vấ n đề hài hòa giƣ̃a sƣ̣ phát triể n kinh tế xã hô ̣i và bảo vê ̣ môi trƣờng đã trở thành mối quan tâm của nhiều các quốc gia trên thế giới , của Việt Nam nói chung và của tỉnh Thái nguyên nói riêng. Sớm đƣơ ̣c quan tâm phát triển ngành công nghiệp nặng , đă ̣c biê ̣t là công nghiê ̣p luyê ̣n kim, Thái Nguyên đang dần trở thành một trong những trung tâm kinh tế và văn hoá của khu vực Đông Bắc bộ. Ngƣơ ̣c la ̣i, Thái Nguyên cũng đang phải đố i mă ̣t với vấ n đề ô nhiễm môi trƣờng mà nguyên nhân chính là sƣ̣ phát triể n sản xuấ t.
Trong điề u kiê ̣n Luật bảo vệ môi trƣờng (BVMT) chƣa thƣ̣c sƣ̣ hoàn chỉnh , các hoạt động sản xuất đã gây nên những bức xúc về môi trƣờng , nƣớc thải và khí thải công nghiệp không đƣợc xử lý xả thẳng vào nguồ n tiế p nhâ ̣n. Thời gian vƣ̀a qua , trong hơn 10 năm thƣ̣c hiê ̣n luâ ̣t BVMT các vấ n đề ô nhiễm do nƣớc thải và chấ t thải rắ n trên điạ bàn tỉnh đã cơ bản đƣơ ̣c giải quyế t. Tuy nhiên viê ̣c giải quyế t vấ n đề về ô nhiễm do khí thải còn rấ t ha ̣n chế do công nghê ̣ sản xuất của các cơ sở sản xuất kinh doanh (CSSXKD) lạc hậu, tiêu tố n năng lƣơ ̣ng, phát thải nhiều , các CSSXKD thiếu kinh phí đầu tƣ công nghệ xử lý. Bên ca ̣nh đó nhà quản lý thiếu phƣơng tiện kiểm soát ô nhiễm dạng này đã gây nên tình trạng các CSSXKD trốn tránh trách nhiệm bảo vệ môi trƣờng không khí.
Với lơ ̣i thế giàu khoáng sản , ngành công nghiệp luyện kim là ngành có tiềm năng phát triể n rấ t lớn nhƣng hiê ̣n nay ngành luyê ̣n kim cũng là mô ̣t trong nhƣ̃ng ngành đóng góp về ô nhiễm không khí trên địa bàn tỉnh. Các cơ sở luyện kim tập trung phầ n lớn ở khu vƣ̣c phƣờng Cam Giá , Trung Thành , Hƣơng Sơn của t hành phố Thái Nguyên làm cho khu vƣ̣c này trở thành mô ̣t trong nhƣ̃ng điể m nóng về môi trƣờng của tin̉ h. Các kết quả quan trắc môi trƣờng định kỳ của sở Tài nguyên và Môi trƣờng (TNMT) tỉnh tại khu vực này thƣờng xuyên cho thấy n ồng độ ô nhiễm cao trong không khí , ảnh hƣởng rất lớn đến đời sống nhân dân trong vùng. Theo báo cáo quy hoa ̣ch phát triể n kinh tế xã hội (KTXH) tỉnh Thái Nguyên đến năm 2020, ngành công nghiệp luyện kim vẫn là ngành có tỷ trọn g lớn trong nề n 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com kinh tế , gia tăng áp lực đối với môi trƣờng không khí của tỉnh, nên việc tăng cƣờng các biện pháp để kiểm soát ô nhiễm khí thải là hết sức cấp bách.
Luận văn “Nghiên cứu kiểm kê khí thải trong công nghiê ̣p luyê ̣n kim trên điạ bàn t ỉnh Thái nguyên và đề xuất các giải pháp giảm thiểu” nhằm hỗ trợ cho công tác quản lý môi trƣờng nói chung và kiểm soát ô nhiễm môi trƣờng không khí nói riêng của tỉnh Thái Nguyên. * Mục tiêu của luận văn - Xác định danh sách , vị trí , đặc thù ô nhiễm và quy mô phát thải của các nguồn khí thải từ hoạt động luyê ̣n kim trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên - Đánh giá sơ bộ ảnh hƣởng của khí thải luyện kim đến các khu vực trong tỉnh. - Xây dựng các đề xuất quản lý và kiểm soát ô nhiễm không khí trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1.
TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Tổ ng quan về công nghiệp luyêṇ kim 1. Khái quát về công nghiêp̣ luyêṇ kim trên thế giới và Việt nam Bản chất của công nghiệp luyện kim là tinh luyện ra các kim loại từ quặng của chúng. Ngành này đƣợc chia làm hai phân ngành: luyện kim đen (sản xuất ra gang và thép) và luyện kim màu (sản xuất ra các kim loại không có sắt) 1.
Luyện kim đen Kim loại đen (ferrous metal) là tên chung cho các hợp kim của sắt với cacbon, khi hàm lƣợng cacbon nhiều hơn 2,14% đƣợc gọi là gang, nếu nhỏ hơn 2,14% là thép. Để tăng cƣờng các tính chất kỹ thuật của thép, ngƣời ta có thể cho thêm những nguyên tố kim loại khác nhƣ: mangan, crôm, niken, nhôm, đồng. Ngành luyện kim đen - sản xuất ra gang và thép là những nguyên liệu cơ bản cho các ngành cơ khí, chế tạo và xây dựng. Hầu nhƣ tất cả các ngành kinh tế đều sử dụng sản phẩm của công nghiệp luyện kim đen.
Chính vì vậy, kim loại đen chiếm khoảng 90% tổng khối lƣợng kim loại sản xuất ra trên thế giới. Trên thế giới đã hình thành các vùng luyện kim đen nổi tiếng nhƣ Uran (LB Nga), Đông Bắc (Trung Quốc), Hồ Thƣợng và Đông Bắc (Hoa Kỳ), Rua (CHLB Đức), Loren (Pháp), Hôcaiđô (Nhật Bản). Trung Quốc có sản lƣợng thép đứng đầu thế giới với sản lƣợng năm khoảng 567,8 triệu tấn. Sản lượng thép ở một số nước trên thế giới STT Nƣớc Sản lƣợng (Triệu tấn) 1 Trung Quốc 567,8 2 Nhật Bản 87,5 3 Nga 59,9 4 Mỹ 58,1 5 Ấn Độ 56,6 6 Hàn Quốc 48,6 7 Đức 32,7 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com STT Nƣớc Sản lƣợng (Triệu tấn) 8 Ukraine 29,8 9 Brazil 26,5 10 Thổ Nhĩ Kỳ 25,3 Ngành luyện kim đen bao gồm nhiều giai đoạn sản xuất phức tạp, đòi hỏi một qui mô sản xuất lớn, cơ cấu hoàn chỉnh.
Trong một nhà máy luyện kim đen thƣờng có nhiều phân xƣởng: luyện cốc, nghiền- thiêu kết quặng, luyện gang, thép, đúc, cán, dát thép. Ngoài sản phẩm chính là gang và thép, một nhà máy luyện kim đen còn có thể thêm các phân xƣởng khác nhằm tận dụng phế thải để sản xuất sản phẩm phụ nhƣ gạch, xi măng, dƣợc phẩm, benzen, lƣu huỳnh, amoniac, hyđrô, mêtan, êtylen từ xỉ và khí hơi thải. Một số loại hình công nghệ sản xuất của luyện kim đen: * Luyện gang từ quặng Gang là sản phẩm đầu tiên của quá trình nấu luyện quặng sắt trong lò cao. Ngoài Fe và C, gang thƣờng đƣợc bổ sung thêm Mn, Si và cả những tạp chất có hại nhƣ S và P.
Hơn 80% sản lƣợng gang đƣợc dùng để luyện thép, phần còn lại dành cho đúc bệ máy và sản xuất một số chi tiết máy. - Nguyên liệu cho luyện gang Nguyên liệu chính để luyện gang là quặng sắt hematit (Fe2O3) và manhetit (Fe3O4), kích cỡ từ 50-80mm. Để tận dụng các quặng có kích thƣớc nhỏ hoặc quặng có hàm lƣợng sắt thấp, các nhà máy sản xuất gang thép thƣờng thiêu kết quặng để nâng hàm lƣợng sắt và tạo khối quặng có kích thƣớc hợp chuẩn [4] Trữ lƣợng quặng sắt của thế giới ƣớc tính vào khoảng 800 tỷ tấn, trong đó riêng Liên bang Nga và Ucraina chiếm 1/3, còn các nƣớc đang phát triển (Trung Quốc, Ấn Độ, Braxin, Nam Phi. Một số nƣớc phát triển có trữ lƣợng lớn về quặng sắt là Ôxtrâylia (trên 10% trữ lƣợng), Canađa (gần 5%), Hoa Kỳ (gần 4%).
4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Để sản xuất ra đƣợc 1 tấn gang cần phải sử dụng 1,7- 1,8 tấn quặng sắt (tùy theo hàm lƣợng sắt trong quặng). Hàng năm toàn thế giới khai thác trên dƣới 1 tỷ tấn quặng sắt. Các nƣớc khai thác nhiều nhất cũng là các nƣớc có trữ lƣợng lớn nhƣ Trung Quốc, Braxin, Ôxtrâylia, Nga, Ấn Độ, Ucraina, Hoa Kỳ, Nam Phi, Canađa, Thuỵ Điển. Năm 2002, mƣời nƣớc trên đã khai thác tới 92% sản lƣợng quặng sắt toàn cầu.
- Nguyên lý công nghệ Ngƣời ta sử dụng lò cao để luyện gang. Quặng sắt (nguyên khai hoặc quặng thiêu kết), than cốc, đá vôi có kích thƣớc hợp chuẩn đƣợc đƣa vào xếp thành từng lớp trong lò và gia nhiệt bằng khí nóng 1100oC. Các phản ứng xảy ra trong lò cao nhƣ sau: Than cốc bị ô xi hóa C + O2 -> CO2 C + CO2 -> 2CO Cacbon monoxit khử oxit sắt: 3CO + Fe2O3-> 3CO2 + 2Fe Đá vôi phân hủy thành CaO rồi hóa hợp với một số tạp chất có lẫn trong quặng nhƣ SiO2 tạo thành xỉ. Xỉ nhẹ nên nổi lên trên và đƣa ra ngoài khỏi cửa lò: CaO + SiO2 -> CaSiO3 Khí đƣợc tạo ra trong lò thoát ra ở phía trên gần miệng lò.
* Luyện thép - Nguyên liệu Thực chất quá trình luyện thép là khử cácbon trong gang lỏng xuống dƣới 2% (thƣờng có thể thêm thép vụn phế liệu để giảm lƣợng gang lỏng tiêu thụ). Để tăng chất lƣợng của thép, có thể sử dụng một số kim loại nhƣ Mn, Cr, Ti, V. - Nguyên lý công nghệ Sau khi nạp gang và sắt thép phế, chất trợ dung vào lò và gia nhiệt đến 1700oC, khí oxi và Fe2O3 oxi hoá các tạp chất trong gang và các tạp chất có trong thép phế (chiếm khoảng 5% khối lƣợng thép phế bao gồm chủ yếu là đất cát, gỉ sắt, 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nhựa, nilon, sơn, gỗ, cao su, giấy bìa, …[7]) thành các sản phẩm vô cơ nhƣ CO2, SO2, NOx, … Bảng 2. Định mức tiêu thụ nguyên vật liệu chính cho quá trình luyện thép[4] TT Hạng mục Đơn vị tính Trị số 1 Nƣớc gang kg/tsp 1000 2 Thép phế kg/tsp 100 3 Gang múi kg/tsp 40 4 Vôi hoạt tính kg/tsp 70 5 Huỳnh thạch kg/tsp 4 6 Đô lô mít nung nhẹ kg/tsp 20 7 Fe-Si kg/tsp 6 8 Mn-Si kg/tsp 5 9 Fe-Mn kg/tsp 11 10 Ô xy m3/tsp 70 Các phản ứng xảy ra trong quá trình luyện thép bao gồm: Các tạp chất trong thép phế + O2 = tro + CO2 + SO2 + NOx Phản ứng trong lò trộn gang lỏng khi phun khí than vào để giữ nhiệt: CO + O2 = CO2 Các hợp chất hữu cơ trong khí than + O2 = CO + CO2 + SO2 + NOx Các phản ứng tạo thép: Trƣớc hết, silic và mangan bị oxi hoá: Si + O2 = SiO2 2Mn + O2 = 2MnO Tiếp đến C trong gang bị oxi hoá thành CO: Fe2O3+ 3C = 2Fe + 3CO 2C + O2 = 2CO 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Lƣu huỳnh cũng bị ôxi hoá thành khí SO2: S + O2 = SO2 Sau đó photpho bị ôxi hoá thành anhidrit photphoric: 4P + 5O2 = 2P2O5 Sau khi các tạp chất trong gang và thép phế bị ôxi hoá hết, sẽ có một phần sắt bị ôxi hoá: 2Fe + O2 = 2FeO Lúc này ngừng nén khí vào lò.