Краткая характеристика загрязнителей воздушной среды

В литейных цехах имеются существенные источники неорганизованных и организованных выбросов в воздух вредных газов и пыли. В большей степени технологические процессы литья являются источниками загрязнения пылью, оксидами углерода и серы. Кроме того, в литейных цехах при изготовлении форм и стержней в воздушную среду выделяются токсичные парогазовые смеси, содержащие фенол, формальдегид, фуриловый и метиловый спирты, аммиак, бензол, пары серной кислоты. В отделении обрубки и очистки литья образуется значительное количество металлической пыли. Источниками загрязнений также являются индукционные печи и печи сопротивления, печи термической обработки, сушила для форм, стержней и ковшей и т. п.

При производстве 1 т отливок из стали и чугуна выделяется около 50 кг пыли, 250 кг оксидов углерода, 1,5—2 кг оксидов серы и азота и до 1,5 кг других вредных веществ (фенола, формальдегида, ароматических углеводородов, аммиака, цианидов). При этом в водный бассейн поступает до 3 м³ сточных вод и вывозится в отвалы до 6 т отработанных формовочных смесей.

Особо вредные выбросы образуются при плавке сплавов цветных металлов (пары цинка, кадмия, свинца, бериллия, хлор и хлориды, водорастворимые фториды). Применение органических связующих при изготовлении стержней и форм приводит к значительному выделению токсичных газов в процессе сушки и особенно при заливке металла. В зависимости от класса связующего в атмосферу цеха могут выделяться такие вредные вещества, как аммиак, ацетон, акролеин, фенол, формальдегид, фурфурол и т. д. При изготовлении форм и стержней с тепловой сушкой и в нагреваемой оснастке загрязнение воздушной среды токсичными компонентами возможно на всех стадиях технологического процесса: при изготовлении смесей, отверждении стержней и форм и охлаждении стержней после извлечения из оснастки.

Много вредных веществ (пыль СО, S0₂, ГЮ₂и др.) поступает в атмосферу при переработке шихтовых и формовочных материалов. Запыленность воздуха достигает 5—15 г/м³. При литье под действием теплоты жидкого металла из формовочных смесей выделяются бензол, фенол, формальдегиды, метанол и другие токсичные вещества. Так, за 3 ч из формовочной смеси (200 г кварцевого песка и 4 г формальдегидной смолы ОФ-1) выделяется: фенола 0,45 г (0,15 г/ч), формальдегида 0,85 г (0,28 г/ч), метанола 2,8 г (0,7 г/ч) и большое количество ацетона (87 г или 29 г/ч). Такие важные данные можно использовать при дальнейших расчетах систем вентиляции, аспирации и при подборе размеров устройств очистки воздуха.

Пыли, возникающие при переработке сыпучих материалов, имеют размер от 20 мкм и ниже. Крупные частицы (более 10 мкм) при дыхании задерживаются слизистой оболочкой, мелкие частицы (5—10 мкм) являются наиболее опасными для работников. Смешанные пыли — это пыли формовочных масс, в которых наряду с диоксидом кремния присутствуют и другие компоненты, такие как уголь, оксиды железа и других металлов. Эти составные части усиливают вредное воздействие пыли на организм; многокомпонентные пыли повышают риск заболевания силикозом. На таких участках системы отсосов и очистки воздуха надо устанавливать в первую очередь.

Ниже приведено несколько других примеров источников вредных выделений.

Пример 1. Загрязнители при изготовлении отливок в песчаных формах Изготовление отливок в песчаных формах — это сложный комплекс технологических процессов. Для получения отливки и изделия используют десятки видов разного оборудования, выделяются много разных вредных веществ. При переработке и транспортировке формовочных масс выделяется много пыли (перегрузка, загрузка, выгрузка и транспортирование). При выборе систем укрытий, отсоса и последующей очистки надо учитывать размеры удаляемых частиц: кусковой материал (средний размер выше 3 мм), мелкодисперсный материал (0,15—3 мм), порошкообразный материал (меньше 0,15 мм). Наиболее экономичный и удобный транспорт — конвейерный. Но при этом возникает важная задача — укрытие каждого узла с повышенной запыленностью должно обеспечить надежную герметизацию и одновременно уменьшить риск возникновения избыточного давления в разных полостях укрытий.

Пример 2. Загрязнение воздуха от вагранок Вагранки используются для выплавки чугуна. По конструкции они бывают открытого и закрытого типа. Это наиболее крупный источник вредных веществ. Газопылевой поток, выходящий из вагранок, содержит больше всего оксида углерода (5—28%), а также диоксиды углерода и серы, различные углеводороды, кремнезем и другие вещества, состав и количество которых зависят от состава шихты и ее загрязнения. По данным в [4.1, 4.2], на 1 т выплавляемого в закрытых вагранках чугуна образуется 193 кг оксида углерода (СО),.

11,5 кг пыли, 0,4 кг диоксида серы и 0,7 кг углеводородов. При выпуске 1 т чугуна из вагранки в ковш выделяется 126—130 кг оксида углерода, 18—22 г графитовой пыли и другие вещества. Выбросы сернистого ангидрида зависят от содержания серы в шихте и коксе. Температура газов на выходе из вагранки может достигать 800—900° С. В колошниковых газах вагранок (до искрогасителя) обычно содержится до 20 г/м³ пыли и 15% оксида углерода. Из-за СО такие смеси являются взрывоопасными, поэтому перед очисткой надо предусмотреть искрогашение. Колошниковая пыль вагранок содержит 22—25% оксидов железа, 28—31% оксидов кремния, 3—4% оксида кальция. По дисперсности преобладает средняя пыль с крупностью частиц 10—25 мкм (до 62% при холодном дутье).

Пример 3. Механическая подготовка поверхности изделий Для очистки поверхностей отливок применяют пескоструйную и гидроабразивную обработку. Удаление царапин и получение блестящей поверхности осуществляется шлифованием, полированием, галтовкой, вибрационной обработкой. В галтовочных и дробеметных барабанах образуется механическая окалина и песчаная пыль.

Пример 4. При нанесении покрытий Для нанесения покрытий используют различные химические вещества как в чистом виде, так и в составе смесей. Имеется много смесей; в справочной литературе в таблицах приводятся значения удельного количества вредных веществ для разных технологических процессов с 1 м² поверхности ванны за 1 ч. Эти данные используют для расчета системы местных отсосов от каждого оборудования (схемы отсосов показаны в ч. II и III) и при выборе необходимого оборудования для очистки. Так, при нанесении покрытий в пирофосфатных растворах при меднении и цинковании выделяются (калия) пирофосфат натрия в количестве 10,5—11,5 г/м²-ч.

Пример 5. Механическая обработка материалов Интенсивность пылеобразования зависит от вида материала, от скорости обработки, величины подачи инструмента при обработке поверхности или при резке и т. п. Исходную информацию по удельному выделению пыли также надо брать из справочников. При шлифовании дополнительно надо учитывать пыль при износе абразивных кругов (кг/ч) в зависимости от размера круга и количества съема металла (кг/ч). При работе на станках с охлаждением подсчитывается удельное и общее количество аэрозолей масла (г/ч), аэрозолей эмульсола (мг/ч), паров воды (кг/ч) в зависимости от вида охлаждающей жидкости, типа оборудования и его установочной мощности (кВт). Например, при работе плоскошлифовального станка с диаметром круга 300 мм выделяется пыли 150—160 г/ч; при работе полировального станка с войлочным кругом диаметром 200 мм образуется пыли 60—80 г/ч.

Пример 6. Обработка полимерных материалов Используется много разного оборудования: устройства для резки материалов, прессы, гидропрессы, печи ТВЧ. При литье под давлением используют литьевые машины разного типа. Например, при работе литьевой машины КиА У100/25 (материал — полистирол УПМ-612) при загрузке оборудования 1,8 кг/ч выделяются стирол (0,01 г/ч) и оксид углерода (6,7 г/ч). Аналогичные данные приведены в справочной литературе для других технологических процессов. На этом основании для конкретных режимов обработки и типа оборудования проводится расчет объема удаляемого воздуха и выбирается состав оборудования для очистки.