Процесс производства стеклянных изделий

Различают: ПДКр.з — предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны, мг/м8* ПДКм.р — максимальная разовая концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, мг/м3; ПДКс.с — среднесуточная предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, мг/м3; ПДКв — предельно допустимая концентрация вещества в воде водоема, мг/л. Например, для пыли ПДКр.з==0,5; ПДКс.с = 0,15; для соединений фтора: для фтора ПДКр.з=0,15, для фтористого водорода ПДКр.з=0,5, для фтористого кремния ПДКм.р=0,12, ПДКс.0 =0,005; для неорганических соединений свинца в пересчете на РЬ ПДКр.3=0,01, ПДКВ=0,1 мг/л.

Кроме предельно допустимых концентраций устанавливается и  предельно допустимый выброс (ПДВ) —  количество вредных веществ,  которое  не разрешается превышать при  выбросе в единицу времени. ПДВ  устанавливают для каждого источника  загрязнения атмосферы.

Для уменьшения влияния отходов  стекольной промышленности на окружающую среду совершенствуются технологические  процессы, а также внедряются эффективные  методы очистки отходящих газов  и сточных вод.

Рекуперация стеклянного боя 

Стеклянный бой по своему составу эквивалентен исходному  сырью, поэтому может быть использован  многократно непосредственно в  стекольном производстве, как добавка  к шихте. Рекуперация стеклянного  боя и стеклянный тары позволяет  уменьшить объем отходов и  сократить расход природных ресурсов, а также снизить расход энергии  на

производство стекла. Добавка  стеклобоя в шихту не должна приводить к ухудшению работы печей и качества полученного стекла. Обычно в шихту добавляют до 20 % стеклянного боя, хотя в некоторых странах печи работают на шихте, содержащей больше 50 % стеклобоя.

Для использования стеклобоя его очищают, отделяют от других  компонентов, сортируют и дробят. Ферромагнитные материалы извлекают из стеклобоя с помощью магнитных сепараторов. Алюминий, камни и кремни отделяют вручную на ленточном конвейере. Куски алюминия и пластмасс могут быть удалены также струей сжатого воздуха при 

сбрасывании стеклобоя с конвейера или созданием разряжения над ним.

Для удаления проволоки из отходов армированного стекла их  нагревают токами высокой частоты. В результате проволока расширяется и стекло от нее отделяется.

К переработке стеклянные отходы готовят по различным схемам.

Например, по схеме, разработанной  в ФРГ, вручную или  механизированным способом стеклобой подают в бункер с вибропитанием, откуда он направляется в конвейер с магнитным сепаратором, где отделяются  магнитные материалы, затем на горизонтальном конвейере вручную отделяют куски стеклобоя другого цвета. После этого большие куски стекла и бутылки измельчают в молотковой дробилке, затем на первом грохоте отделяют стекло от алюминия, дерева, бумаги, а на втором грохоте разделяют стекло по фракциям, из которых удаляют оставшиеся примеси; на следующем этапе стеклобой промывают и дозируют в шихту.

Другим направлением использования  стеклянного боя является  получение  новых материалов, например, путем  наполнения смол или  цемента измельченным стеклом. Из такого материала изготовляют  панели, фланцы для труб, покрытия для  пола.

Очистка отходящих газов 

Очистка газов от пыли. В  производстве стекла пыль образуется при разгрузке, хранении и подготовке сырья, при изготовлении шихты и  транспортировании ее к стекловаренным печам. Она высокодисперсна (количество частиц менее 5 мкм доходит до 60%) и содержит  значительное количество свободного диоксида кремния.

Концентрация пыли в воздухе  в составных цехах колеблется в  широких пределах.

Отходящие газы из печей  являются запыленными, так как 

происходит унос различных  материалов из шихты: Na2SO,}, Si02, CaO, MgO, A1₂О₃, NaCl. Поваренная соль попадает в шихту, как примесь соды. 

Количество Na₂SО₄ в материале уноса не зависит от влажности шихты и вида топлива (мазут или природный газ). В то же время при работе на природном газе унос частиц SiО₂ больше, чем при работе на мазуте.

Сжигание мазута характеризуется  повышенным содержанием V₂O₅ в уносе. В унос попадают также материалы разрушения огнеупоров печи.

Это разрушение связано с  протеканием химических реакций  между  огнеупорами и веществами, содержащимися в отходящих газах.

Для уменьшения запыленности воздуха усовершенствуют технологию приготовления шихты, исключая пылящие  компоненты и технологию варки стекла, а также герметизируют аппаратуру, механизируют  погрузку-разгрузку  сырья, увлажняют шихту водой, содержащей ПАВ и  используют эффективные методы очистки отходящих газов.

Для уменьшения уноса материала  из стекловарочных печей передачу тепла  осуществляют при помощи излучения  и, в меньшей степени, при помощи конвекции. Варка стекла в электропечах способствует  уменьшению выделения  пыли, а также токсичных газообразных веществ.

Для очистки газов от пыли используют сухие и мокрые методы.

В настоящее время известно несколько сотен конструкций  различных пылеуловителей. В сухих  методах наиболее широко используются полые камеры, циклоны, инерционные  пылеуловители, тканевые фильтры и  электрофильтры. В мокрых методах  — полые центробежные и  распиливающие  скрубберы, скрубберы Вентури,барботажные и пенные аппараты и др. Сухие методы позволяют возвратить уловленный материал в шихту.

Циклоны используют для очистки  от пылей с частицами размером более 5,7 мкм. Для улавливания более мелких частиц применяют тканевые фильтры и электрофильтры. Тканевые фильтры обладают высокой эффективностью, которая практически не зависит от вида пыли, ее  химического и гранулометрического состава. Они способны улавливать 

частицы размером до 0,01 мкм. В фильтрах применяют различные  тканевые материалы. Новым направлением является использование  электростатически заряженных волокон. При этом, газ сначала проходит через коронирующие отрицательно заряженные электроды, где частицы пыли  заряжаются, а затем осаждаются на волокнах полотна.

Электрофильтры улавливают частицы от 0,1 до 100 мкм. В  оптимальных  условиях степень очистки достигает >99 %. Электрофильтры имеют большую  производительность, небольшое гидравлическое  сопротивление и способны очищать  газы при высоких температурах. Среди  недостатков электрофильтров следует  отметить высокие капитальные затраты, потребность в значительных производственных помещениях, высокую чувствительность к изменениям параметров процесса,  ограничения в применении по удельному  электрическому сопротивлению  частиц и влажности газов.

В аппаратах для мокрой очистки газов используется жидкость для захвата твердых частиц и  удаления их из потока. В одном и  том же  аппарате можно очищать  газы от пыли и вредных газовых  компонентов и одновременно утилизировать  тепло. В то же время применение мокрых способов связано с проблемой  очистки сточных вод, рекуперацией шламов, коррозией аппаратов.

При выборе конструкции пылеуловителя  учитывают параметры  газового потока, пылевую нагрузку, дисперсность пыли, физико-химические свойства пыли и  экономические факторы (стоимость  оборудования,  затраты на монтаж и установку, расход энергии на эксплуатацию).

Наиболее характерные  скорости газа, м/с, при которых работают аппараты: циклоны 3—5; мультициклоны 6—12; электрофильтры 1,5— 3; тканевые фильтры 0,005—0,3; скрубберы 1—4; пенные аппараты 1—3; трубы Вентури 60—120.

При варке оптических стекол с дымовыми газами из печей  выделяется большое количество пыли, которая  отличается высокой  дисперсностью: 50 % частиц такой пыли имеют размер менее 5 мкм.  Воздух, необходимый  для сжигания в печи природного газа, подается в  рекуператор, где нагревается, а затем поступает в печь. Дымовые  газы направляются в рекуператор, где  отдают свое тепло холодному воздуху, а  затем через боров поступает  в ПВТ, где контактируют с водой. Очищенные от пыли газы выбрасываются  в  атмосферу, а загрязненная вода поступает в отстойник. Осветленная  вода из  отстойника насосом направляетсяв пылеуловитель. Пылеуловитель состоит из двух камер. В первой камере вода разбрызгивается форсункой и улавливается большая часть пыли. Во второй камере происходит доочистка газа в пенном слое, который образуется над решеткой.

Пылеуловитель очищает 1000 м3 газа в 1 ч. Удельный расход воды 160 л  на 1000 м3 газа. Степень очистки газа от пыли достигает 98,6%.

Температура газа снижается с 500 до 45—50 °С. По сравнению со  скрубберами Вентури пылеуловитель ПВТ позволяет уменьшить энергозатраты на очистку в 4—5 раз, а расход воды в 10—20 раз.

Очистка газов от соединений фтора, серы, азота. Применение  фторидов для ускорения варки и глушения стекла способствует выделению фтористых  соединений в газовую фазу. При  этом в отходящие газы  газопламенных  печей поступает до 33—50 % фтора  от вводимого  количества. Фтористые  соединения выделяются также при  химической полировке хрусталя. Для  устранения выбросов фтористых газов в  производственные помещения и окружающую среду заменяют фтористое сырье  бесфтористым, газообразное или жидкое топливо электроэнергией или применяют очистку отходящих газов.

Кремнефтористый натрий заменяют фосфатами, например, двойным  гранулированным  суперфосфатом. Однако в некоторых  случаях такая замена удорожает  стоимость стекла или ухудшает его  качество или  вызывает выделение  других газообразных вредных веществ. Все это  необходимо учитывать  при составлении шихты.

Значительно меньше газообразных выбросов наблюдается приварке стекла в электропечах под слоем «холодной» шихты толщиной 0,1м.

Температура стекломассы  в печи в этом случае не превышает 1050°С.

При такой температуре  выделяется до 11 % фтора от вводимого  количества.

Для снижения фтора из питателя сокращают площадь отапливаемой  зоны питателя и осуществляют его  герметизацию.

Для улавливания соединений фтора применяют сухие и мокрые  методы. Мокрые методы более экономичны. По сухому методу фтористые газы улавливаются порошком гидрооксида кальция Са(ОН)₂. В результате реакций образуются фториды кальция. Степень улавливания достигает 99 %• Образующиеся частицы фторидов выносятся отходящими  газами из камеры улавливания в рукавный фильтр, где отделяются от газового потока. После этого они вновь используются в производстве.

В мокрых способах фтористые  соединения улавливаются водой или  щелочными растворами.

В стекольной промышленности Японии, где используется жидкое топливо, содержащее много серы, применяют  нерегеративный сульфит- бисульфитный метод очистки газов. Установка производительностью 370 тыс. м3 газа в 1 ч работает в несколько стадий. Абсорбер, куда  попадает топочный газ, орошается свежимраствором сульфита натрия. Из

абсорбера выводят раствор, содержащий пиросульфит натрия Na₂S₂О₅, который затем окисляют воздухом в сульфат. Раствор сульфата  выпаривают и кристаллизуют, затем сушат и в виде безводного продукта используют в производстве стекла.

Абсорбировать S0₂ можно и раствором NaOH. В этом случае  улавливается до 97 % оксидов серы и 95 % пыли. Получающиеся сульфаты могут быть использованы при варке стекла.

Содержание оксидов азота  в отходящих газах стекловаренных  печей зависит от избытка и  температуры воздуха, подаваемого  в печи. С ростом этих показателей  концентрация оксидов азота в  газе  увеличивается. Для снижения содержания NOх варку стекла проводят в электропечах или используют сочетание обычного топлива с электронагревом стекломассы.

Очистка сточных вод

Требования к качеству воды и характеристика сточных вод. В  стекольном производстве воду применяют  для охлаждения оборудования (технологического, энергетического, вентиляционного), для  приготовления шихты, для бытовых  целей. В зависимости от применения воды требования к ее качеству разные. Вода для охлаждения оборудования должна иметь температуру не выше 40 °С, карбонатную жесткость 1—3 мг-экв/л и концентрацию взвешенных веществ не больше 30мг/л.

Вода, используемая для промывки (обогащения) песка, не должна содержать  химических примесей, вредно действующих  на стекломассу.

Жесткость и содержание железа должно быть как в питьевой воде.

В производстве полированного  стекла используют холодную воду (качество ее должно соответствовать ГОСТу) и  горячую воду с температурой 90 °С. Вода для охлаждения ленты полированного  стекла должна иметь стабильную температуру 15+3°С

На современных заводах, как правило, существует оборотная  система водоснабжения.

Сточные воды стекольных производств  загрязнены как взвешенными частицами, так и растворенными веществами. Например, в сточных  водах составных  цехов содержится песок, сода, мыло и глинистые  вещества; в сточных  водах производства листового стекла — стеклянная  крошка, абразивные материалы; полированного стекла

 — песок, абразивные  материалы, крокусная суспензия (шлам).

В сточных водах производства стекловолокна — следы органических смол (около 0,001 мг/л), а в водах  ремонтных цехов — окалина  и  нефтепродукты. В сточных водах  производств сортовой посуды содержится фтор; при химической полировке хрусталя туда попадают фтор и свинец.

Очистка сточных вод от взвешенных частиц. Применяют три типа очистных сооружений: локальные (цеховые), общие (заводские),  районные (городские). Локальные очистные сооружения предназначены для обезвреживания сточных вод, образующихся в цехе или на отдельной установке. Общезаводские очистные сооружения предназначены для очистки всех вод, образующихся на данном предприятии.

Для удаления из вод взвешенных веществ применяют механические методы: отстаивание, фильтрование, осветление во взвешенном слое, осадка и центробежные методы, а также физико-химический метод — флотацию. Мелкодисперсные и коллоидные примеси удаляют с  помощью коагулянтов и флокулянтов.