blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2019-7-557-563blackmet-1682Research ArticleЭКОЛОГИЯ И РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕECOLOGY AND RATIONAL USE OF NATURAL RESOURCESДиоксины и фураны в цинксодержащей металлургической пыли: процессы формирования и поведениеDioxins and furans in zinc-containing metallurgical dust: behavior and formation processesСимонянЛ. М.SimonyanL. M.

д.т.н., профессор кафедры металлургии стали, новых производственных технологий и защиты металлов

Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Chair of Metallurgy of Steel, New Production Technologies and Metal Protection

lmsimonyan@yandex.ruДемидоваН. В.DemidovaN. V.

магистрант

MA Student

ndemidova_n@mail.ruНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС»РоссияNational University of Science and Technology “MISIS” (MISIS)Russian Federation201922082019627557563Copyright © Симонян Л.М., Демидова Н.В., 20192019Симонян Л.М., Демидова Н.В.Simonyan L.M., Demidova N.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1682

Использование оцинкованного лома в качестве шихтового материала электросталеплавильного производства приводит к образованию металлургической пыли, пригодной для извлечения цветных металлов. Вопросы, связанные с поведением хлора и его соединений в  электросталеплавильной пыли, содержащей цинк и свинец, недостаточно изучены. В работе показано, что опасность наличия хлора и его соединений в шихте, а значит, и в выбросах дуговой сталеплавильной печи (ДСП) заключается в том, что он является основным компонентом, участвующим в формировании высокотоксичных органических веществ – диоксинов и фуранов (ДиФ), которые попадают в окружающую среду не только в газообразном, но и в адсорбированном на частичках пыли виде. По разным данным их концентрация составляет 5  –  500  нг/кг пыли и зависит от технологических параметров плавки. Приведен анализ процессов формирования диоксинов и  фуранов в  ДСП и их поведения в уловленной пыли. Установлено, что при содержании в исследуемой электросталеплавильной пыли 1,3 % хлора, источником поступления которого являются шихтовые материалы, 99,9 % образуют относительно безопасные соединения, в основном хлориды, а небольшая часть идет на образование ДиФ. Количество адсорбированных на поверхности частичек уловленной пыли диоксинов и фуранов составило 474 нг/кг пыли. Являясь сильными экотоксикантами (первый класс опасности), ДиФ повышают класс опасности пыли с четвертого до третьего и выше, что необходимо учитывать при обращении с пылью. Кроме того, транспорт диоксинов и фуранов в окружающей среде осуществляется за счет твердых частиц, сорбирующих яды на своей поверхности, поэтому электросталеплавильная пыль с адсорбированными на ее поверхности ДиФ может спровоцировать их попадание в живые организмы. Рассмотрены пути снижения эмиссии диоксинов и фуранов при производстве электростали и процессы ресурсосберегающей и экологически безопасной переработки пыли. В частности, проанализирована возможность использования известкового молочка для орошения отходящих газов в газоходе ДСП и показано, что это позволит снизить содержание ДиФ до допустимых пределов. Оценена эффективность предлагаемых мероприятий.

The use of galvanized scrap as a charge material for electric steel-smelting production leads to the formation of metallurgical dust suitable for the extraction of non-ferrous metals. The issues related to the behavior of chlorine and its compounds in zinc and lead containing EAF-dust is not sufficiently studied. Current research exhibits the danger of chlorine and its compounds in charge and, consequently, in emissions of EAF. Chlorine and its compounds are considered to be the main components associated with the formation of highly toxic organic substances – dioxins and furans (D&F). D&F enter the environment not only in gaseous form, but also in the form of compounds adsorbed on the surface of dust particles. According to various data, D&F concentration is 5-500 ng / kg of dust and depends on the technological parameters of melting. Analysis of the formation processes of D&F in EAF and their behavior in the captured dust is given. It was found that at the studied chlorine content of 1.3% in EAF-dust from the charge materials, 99.9% of chlorine form relatively safe compounds, mainly chlorides, and a small amount goes to the formation of D&F. The amount of D&F adsorbed on the surface of captured dust particles was 474 ng / kg of dust. As strong toxicants, D&F increase the hazard category of dust from the 4th to the 3rd and above that must be considered at dust usage. In addition, the transport of D&F in the environment is due to solid particles that absorb poisons on their surface. Therefore, EAF dust, with D&F adsorbed on its surface, can provoke their entry into organisms. The ways of reducing D&F emission in the production of EAF-steel and the resource-saving and environmentally safe technologies of dust processing are considered. In particular, the possibility of using lime milk for the off-gases irrigation in the EAF gas flue was analyzed and it was shown that it allows to reduce the D&F content to acceptable limits. The efficiency of the proposed activities was evaluated.

сталеплавильная пыльпереработка пылихлордиоксиныфураныхлориды металловадсорбцияsteel-making dustdust processingchlorinedioxinsfuransmetal chloridesadsorptionРабота выполнена при поддержке Фонда содействия инновациям в рамках программы «УМНИК», договор № 12699ГУ/2017The work was financially supported by the Foundation of Innovations Promotion for the program UMNIK, the agreement No.  12699GU / 2017.ReferencesОсновные показатели охраны окружающей среды. 2017: Стат. сб. / Росстат. – М.: 2017. – 115 c.Osnovnye pokazateli okhrany okruzhayushchei sredy. 2017: Stat. sb. / Rosstat [Main indicators of environmental protection. 2017: Stat. coll. / Rosstat]. Moscow: 2017, 115 p. (In Russ.).Промышленное производство в России. 2016: Стат. сб. / Росстат. – М.: 2016. – 347 c.Promyshlennoe proizvodstvo v Rossii. 2016: Stat. sb. / Rosstat [Industrial production in Russia. 2016: Stat. coll. / Rosstat]. Moscow: 2016, 347 p. (In Russ.).Паньшин А.М., Леонтьев Л.И., Козлов П.А. и др. Технология переработки пыли электродуговых печей ОАО «Северсталь» в вельц-комплексе ОАО «ЧЦЗ» // Экология и промышленность России. 2012. № 11. С. 4 – 6.Pan’shin A.M., Leont’ev L.I., Kozlov P.A. etc. Processing technology of EAF-dust from JSC “Severstal’” in Welz-complex of JSC “Chelyabinsk zinc factory”. Ekologiya i promyshlennost’ Rossii. 2012, no. 11, pp. 4–6. (In Russ.).Стовпченко А.П., Камкина Л.В. Процессы утилизации пыли сталеплавильного производства. Часть 2. Промышленные процессы переработки пыли в агрегатах средней мощности // Электрометаллургия. 2010. № 2. С. 42 – 43.Stovpchenko A.P., Kamkina L.V. Processes of EAF-dust recycling. Part. 2. Industrial processes of dust processing in medium power units. Elektrometallurgiya. 2010, no. 2, pp. 42–43. (In Russ.).Zunkel D. What to do with your EAF dust // Steel Times International. 1996. No. 7. P. 46. 48 – 50.Zunkel D. What to do with your EAF dust. Steel Times International. 1996, no. 7, p. 46, 48–50.Pickles C.A. Thermodynamic analysis of the selective chlorination of electric arc furnace dust // Journal of Hazardous Materials. 2009. Vol. 166. No. 2 – 3. P. 1030 – 1042.Pickles C.A. Thermodynamic analysis of the selective chlorination of electric arc furnace dust. Journal of Hazardous Materials. 2009, vol. 166, no. 2-3, pp. 1030–1042.Pedro Jorge Walburga Keglevich de Buzina, Nestor Cezar Heckb, Antônio Cezar Faria Vilelac. EAF dust: An overview on the influences of physical, chemical and mineral features in its recycling and waste incorporation routes // Journal of Materials Research and Technology. 2016. No. 4. P. 194 – 202.Pedro Jorge Walburga Keglevich de Buzina, Nestor Cezar Heckb, Antônio Cezar Faria Vilelac. EAF dust: An overview on the influences of physical, chemical and mineral features in its recycling and waste incorporation routes. Journal of Materials Research and Technology. 2016, no. 4, pp. 194–202.Lohmann R., Lee R.G.M., Green N.J.L., Jones K.C. Gas-particle partitioning of PCDD/Fs in daily air samples // Atmospheric Environ. 2000. Vol. 34. No. 16. P. 2529 – 2537.Lohmann R., Lee R.G.M., Green N.J.L., Jones K.C. Gas-particle partitioning of PCDD/Fs in daily air samples. Atmospheric Environ. 2000, vol. 34, no. 16, pp. 2529–2537.Mukherjee A., Debnath B., Sadhan Kumar Ghosh. A review on technologies of removal of dioxins and furans from incinerator flue gas // Procedia Environmental Sciences. 2016. No. 35. P. 528 – 540.Mukherjee A., Debnath B., Sadhan Kumar Ghosh. A review on technologies of removal of dioxins and furans from incinerator flue gas. Procedia Environmental Sciences. 2016, no. 35, pp. 528–540.Freeman R.A., Hileman F.D., Noble R.W., SchroyJ.M. Experiments on the mobility of 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin at Times Beach, Missouri // Solving Hazardous Waste Problems. Exner J.H. ed. Washington: ACS Symposium Series No. 338. 1987. Chapter 9.Freeman R.A., Hileman F.D., Noble R.W., Schroy J.M. Experiments on the mobility of 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin at Times Beach, Missouri. In: Solving Hazardous Waste Problems. Exner J.H. ed. Washington: ACS Symposium Series no. 338, 1987, Chapter 9.Puri R.K., Clevenger R.K., Kapila S. etc. Studies of parameters affecting translocation of tetrachlorodibenzo-p-dioxin in soil // Chemosphere. 1989. Vol. 18. No. 1 – 6. P. 1291 – 1296.Puri R.K., Clevenger R.K., Kapila S., Yanders A.F., Malhotra A.F. Studies of parameters affecting translocation of tetrachlorodibenzop-dioxin in soil. Chemosphere. 1989, vol.18, no. 1-6, pp. 1291–1296.Puri R.K., Kapila S., Lo Y.H. etc. Effect of co-contaminants on the disposition of polychlorinated dibenzofurans in saturated soils // Chemosphere. 1990. Vol. 20. No.10 – 12. P. 1589 – 1596.Puri R.K., Kapila S., Lo Y.H., Orazio C., Clevenger T.E., Yanders A.F. Effect of co-contaminants on the disposition of polychlorinated dibenzofurans in saturated soils. Chemosphere. 1990, vol. 20, no. 10-12, pp. 1589–1596.Rezaei E., Farahani A., Buekens A. etc. Dioxins and furans releases in Iranian mineral industries // Chemosphere. 2013. Vol. 91. No. 6. P. 838 – 843.Rezaei E., Farahani A., Buekens A., Chen T., Lu S.Y., Habibinejad M., Damercheli F., Andalib Moghadam S.H., Gandomkar M., Bahmani A. Dioxins and furans releases in Iranian mineral industries. Chemosphere. 2013, vol. 91, no. 6, pp. 838–843.Петросян В.С. Диоксины: пугало или реальная угроза? // Теоретическая и прикладная экология. 2009. № 1.С. 41 – 41.Petrosyan V.S. Dioxyns: scarecrow or real threat? Teoreticheskaya i prikladnaya ekologiya. 2009, no. 1, pp. 41–47. (In Russ.).Eskenazi B., Warner M., Brambilla P. etc. The Seveso accident: A look at 40 years of health research and beyond // Environment International. 2018. No. 121. P. 71 – 84.Eskenazi B., Warner M., Brambilla P., Signorini S., Ames J., Mocarelli P. The Seveso accident: A look at 40 years of health research and beyond. Environment International. 2018, no. 121, pp. 71–84.Antunes P., Viana P., VinhasT. etc. Emission profiles of polychlorinated dibenzodioxins, polychlorinated dibenzofurans (PCDD/Fs), dioxin-like PCBs and hexachlorobenzene (HCB) from secondary metallurgy industries in Portugal // Chemosphere. 2012. Vol. 88. No. 11. P. 1332 – 1339.Antunes P., Viana P., VinhasT. , Rivera J., Gaspar E.M.S.M. Emission profiles of polychlorinated dibenzodioxins, polychlorinated dibenzofurans (PCDD/Fs), dioxin-like PCBs and hexachlorobenzene (HCB) from secondary metallurgy industries in Portugal. Chemosphere. 2012, vol. 88, no. 11, pp. 1332–1339.Vehlow J. Thermische Behandlungsverfahren fuer Hausmuellim Vergleich. – Graz: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, Institut fuer Technische Chemie, Bereich Thermische Abfallbehandlung, 1998. – 37 p.Vehlow J. Thermische Behandlungsverfahren fuer Hausmuellim Vergleich. Graz: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, Institut fuer Technische Chemie, Bereich Thermische Abfallbehandlung, 1998, 37 p. (In Germ.).Аксельрод Л.М., Федосов И.Б., Баранов А.П. и др. Переработка цинксодержащих пылей электросталеплавильного производства на ООО «Урал-рециклинг» (ОАО «Комбинат «Магнезит») // Сб. докл. IV Междунар. конф. «Металлургия – ИНТЕХЭКО – 2011». – М.: 2011. С. 136 – 139.Aksel’rod L.M., Fedosov I.B., Baranov A.P. etc. Processing of zinc-containing EAF-dusts at “Ural-recycling” (JSC “Magnesite Plant”). In: Sb. dokl. 4 Mezhdunarodnoi konf. “Metallurgiya – INTEKhEKO – 2011” [Proceedings 4th Int. Conf. “Metallurgiya – INTEKHEHKO – 2011” on March 29 – 30, 2011, Moscow]. Mos-cow: 2011, pp. 136–139. (In Russ.).Лисин В.С., Юсфин Ю.С. Ресурсо-экологические проблемы XXI века и металлургия. – М.: Высш. шк., 1998. – 447 с.Lisin V.S., Yusfin Yu.S. Resurso-ekologicheskie problemy XXI veka i metallurgiya [Resource and environmental problems of the XXI century and metallurgy]. Moscow: Vyssh. shk., 1998, 447 p. (In Russ.).USEPA. Exposure and Human Health Reassessment of 2,3,7,8-Tetrachlorodibenzo-p-Dioxin (TCDD) and Related Compounds. Path 1. Vol. 2. – Washington, DC, EPA/600/P-00/001Ab, 2000. – 628 p.US EPA. Exposure and Human Health Reassessment of 2,3,7,8-Tetrachlorodibenzo-p-Dioxin (TCDD) and Related Compounds. Path 1, vol. 2. Washington, DC, EPA/600/P-00/001Ab, 2000, 628p.Хофштадлер К., Геберт В., Ланцершторфер К. и др. Система «Эрфайн» для удаления диоксина из отходящих газов аглопроизводства и электродуговых печей // Сталь. 2001. № 12. С. 81 – 84.Khofshtadler K., Gebert V., Lantsershtorfer K. etc. “Air fine” system for dioxin removal from sinter production and electric arc furnaces off-gases. Stal’. 2001, no. 12, pp. 81–84. (In Russ.).Еланский Г.Н., Медведев М.Н. Диоксины – экологическая опасность // Сталь. 2000. № 2. С. 82 – 86.Elanskii G.N., Medvedev M.N. Environmental danger. Stal’. 2000, no. 2, pp. 82–86. (In Russ.).Иванов А.И., Ляндрес М.Б., Прокофьев О.В. Производство магния. – М.: Металлургия, 1979. – 376 с.Ivanov A.I., Lyandres M.B., Prokof’ev O.V. Proizvodstvo magniya [Magnesium production]. Moscow: Metallurgiya, 1979, 376 p. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.