铸造生产环境污染及防治

　　铸造生产中，由于各个铸造车间的生产条件不一定相同，所出现的污染内容也不尽相同，大约有如下几种：废物、废气、废水、粉尘、振动和噪声等。

　　(一)废物

　　铸造车间排出的废物指固态废弃物，主要有熔炼时的炉渣、铸型的废砂、除尘器收集的灰尘和污泥，以及碎石等各种杂物。表7.13是不同的铸造合金，每生产lt铸件产生的废物的数量。表7.14为铸铁件生产时不同工段产生的废物数量。

　　不同铸造合金废弃物产量

　　铸铁件生产的各工段废弃物产生量

　　调查统计显示，酸性冲天炉炉渣约占铁液质量的5%一10%，熔化n铁液排出炉渣约50～lOOkg~，采用粘土砂工艺，生产1t铸件产生废砂约500一。700kg。应用树脂砂工艺，生产lt铸件产生废砂约100～300kg。废砂量的多少取决于车间管理水平及旧砂再生装置的效率，也与除尘系统的完善程度有关。应用块煤对型芯进行烘干，lt铸件耗煤量约为130～150kg，烘窑的排渣量约为30～50.kg/t(与烘窑结构有关)。

　　铸造车间固态废物的化学成分见表7.15。

　　表7.15铸造车间废物的主要化学成分 (单位：%)

　　这些固态废物属产业废物。有可能造成的污染有如下几个方面：对大气有污染、废物中的细颗粒会携带有害物质随风飘扬，并在大气中扩散，废物中某些有机物质在生物分解中会产生恶臭，所含的病原菌进入人体使人致病;对土壤造成污染，废弃物占用大量土地，渗透液和滤液中所含的有害物质会改变土壤和地质，影响土壤中微生物的活动，妨碍植物生长并在植物内积蓄，最终危害人体健康;对水体的污染更大，将会严重影响鱼类及水生物和水面农作物的生长，危害人类的健康和水资源的利用。废物的随意堆积不仅有碍环境的美观、而且恶化了作业的环境。

　　我国的工业三废排放试行标准中指出：“凡已有综合利用经验的废渣，如：高炉矿渣、金刚渣、粉煤灰、硫铁渣、赤泥、自泥、洗煤泥、硅锰渣、铬渣等，必须纳入工艺设计，基本建设与产品生产计划，实行一业为主、多种经营、不得任意丢弃”。“废渣堆放场所，要尽量少占和不占农田，要防止扬散，.以防止对大气、水源和土壤的污染”。“对含汞、镉、砷、六价铬、氧化物、黄磷及其它可溶性剧毒废渣，必须具有防水、防渗措施的存放场所，并禁止埋人地下与排入地面水体。” -

　　废物处理的基本方法有：

　　1.预处理方法包括筛分法、破碎法、粉磨法、浓缩脱水等。

　　2.物理处理方法包括重力分选法、浮选法、磁选法、电场分选法、拣选法、摩擦与弹道选法等。

　　3.化学处理方法 包括焚烧法、热分解法、热化学处理法、熔剂浸出法、

　　4.生物化学处理法包括堆肥化法、纤维素糖化法、沼气化法、细菌浸出法等。

　　5.固化处理方法包括水泥基固化法、石灰基固化法、热塑性材料固化法、有机聚合固化法、自胶结固化法、玻璃固化法、水玻璃固化法等。

　　采用砂型进行铸造生产，浇铸后的型砂被称为旧砂，其中一部分因各种物理和化学变化使其不能再继续使用而作为抛弃不用的废砂，可列为资源供其它需要使用;另一部分则通过旧砂再生工艺处理，使单颗砂粒恢复到接近新砂的物理性能，成为再生砂投入铸造生产的循环使用。

　　(二)废气

　　铸造生产中熔化铸铁的冲天炉、熔炼铸钢的电弧炉、工频炉和烘烤铸型的燃煤烘窑、浇注开型等是产生废气的主要来源，高温废气携带大量烟气、烟尘和CO、SO，、氟化物等有害气体排入大气，造成空气污染。表7—16为冲天炉烟气成分。表7一17为电炉烟气成分。

　　冲天炉烟气的成分

　　电炉烟气成分

　　铸造使用的焦炭，其主要成分是固定碳，硫的燃烧产生大量废气，当燃烧系数刁：O.6时，1kg碳燃烧耗氧约1.5Nm。(标立方米)，相当于耗空气5.64Nm。，此时产生O.75。Nm。的CO、1.12Nm。的CO：，废气量为5.64+0.75+1.12=7.51Nm3若焦炭中固定碳的质量分数为90%，则叼=0.6时，l堍焦炭燃烧产生0.68Nm3的CO、1。Nm。的CO：，则废气量为6.。70Nm3，lkg焦炭最大含硫量为8g，铸造焦炭中硫的质量分数小于0。8%，在酸性冲天炉中，焦炭中的硫59%用于铁液增硫，7%进入炉渣，34%进入炉气。因而lk只焦炭中有8×O.34：2.’72g的硫生成SO：，其量为5.44g。为稀释炉渣，熔炼时加入萤石，其主要成分为caF2(质量分数约80%)。

　　目前国内铸造厂家，树脂砂工艺多采用呋喃树脂，在化学构成上可分为无酚与有酚两大类，在铸造生产过程中有化学污染物产生，析出的物质弥漫在车间和进入大气将伤害人体健康。

　　树脂和固化剂在型砂硬化过程中发生聚合反应，有污染物析出，可能析出的物质见表7.19。

　　7-19型砂硬化阶段可能产生的析出物

　　铸型浇注后，在铸型不同厚度处，由于升温不同，氧气供应情况不同，树脂固化剂的聚合物发生干馏、燃烧、焦化，有各种污染物析出，见表7.20。

　　7-20浇注阶段可能产生和析出物

　　表7.22为我国和俄罗斯、日本、美国的铸造车间常见有害物的最高容许浓度，即工人工作地点空气中有害物质所不应超过的数值。

　　表7.23为我国1973年颁布的GBJ4.73《工业企业“三废”排放试行标准》中规定的几种有害物质的排放标准。它规定了发生源排放污染的浓度或数量，使有害物质排出后，经大气的混合、扩散和稀释作用，所含毒物不致对居民健康和环境造成危害，目的是约束污染物、保证环境卫生标准的实现。

　　7.23我国几种有害物质的排放标准

　　空气污染主要的危害有两个方面。一是对人体健康的危害，空气中的悬浮粒子(尘埃、矿物粉尘、重金属元素等)通过呼吸系统进入人体，引起局部刺激、中毒、病毒感染，严重影响健康;二是对工业的危害，污染物(灰尘、水分、淤泥)粘附在气动设备、液压设备、仪器设备上，使其不能正常运行，造成振动和噪声甚至损坏机器，导致事故，另外，大气中的灰尘污染建筑场并腐蚀金属和混凝土等结构材料，使其剥离脱落，形成孔洞或产生裂纹，在建筑物表面产生污点。

废气必须净化后达到排放标准才能排人大气，净化的基本方法有：

　　1.吸收法用适当的吸收剂，从废气中选择性地吸收除去气态污染物以消

　　除污染。

　　2.吸附法利用多孔性固体吸附剂处理流体混合物，使其中所含的一种或数种组分吸附于固体表面上，以达到分离污染物的目的。根据机理不同有物理吸附(利用分子间的引力)、化学吸附(即活性吸附)两种途径。

　　3.催化法利用催化剂大大加快化学反应速率，使反应能在低得多的温度下进行，使废气中不易除去的气态污染物变成易于除去的物质，以便回收利用或转变成无害的物质。

　　4.燃烧法用燃烧的方法来销毁可燃气态污染物(主要是有机态污染物)，如蒸汽或烟尘，使之成为无害物质，主要适用于含有机溶剂及碳氢化合物的废气净化处理。

　　5.冷凝法利用物质在不同的温度下具有不同的饱和蒸汽压这一性质，采用降低系统温度，或提高系统的压力，或是降温又升压的方法，使处于蒸汽状态的污染物冷凝而从废气中分离出来。

　　(三)废水

　　水在社会循环过程中，由于使用，水中混进了各种污染物而丧失了使用的价值，废弃外排的水称为废水。

　　1.废水的来源铸造生产的废水来源有以下几种：

　　(1)冲天炉、电炉等熔炼炉的湿式除尘器所排出的废水。

　　(2)熔炼炉炉渣粒化处理所排出的废水。

　　(3)砂处理工部湿法再生系统和湿式除尘器所排出的废水。

　　(4)清理工部湿式除尘器所排出的废水。

　　(5)车间环境捕集粉尘和有害气体的湿式装置所排出的废水。

　　(6)压铸机、空压机等机械流出来的混有机械油的废水。

　　(7)由于酸洗、化学分析等所排出的酸性或碱性废水。

　　(8)萤光渗透探伤所排出的废水及其它的清洗用排出的废水。

　　2.废水的污染废水造成的污染物和危害有以下几个方面：

　　(1)固体污染物。它包括固体溶解物、悬浮物、胶体物质等。

　　(2)有机污染物。在生活污水和工业废水中的绝大多数有机物，在微生物作用下可逐渐分解转化为二氧化碳、水、硝酸盐等简单的无机物质，此即生物的可降解性。有机物的分解过程需要消耗大量氧气，当水中的氧浓度低于某一限值时水生动物的生活就受到影响，以致死亡。当溶解氧消耗殆尽时，厌氧微生物就进行厌氧分解，代谢产物中的硫化氢、硫酸、氨等散发刺鼻恶臭，有些对生物还有致毒作用。在缺氧的还原环境中产生的硫化铁使水墨黑、底泥冒泡，泥片向水面泛起，发生水质腐败现象，严重污染环境。

　　(3)有毒污染物。废水中有毒的污染物有无机化学毒物(主要有重金属离子、氰化物、氟化物、亚硝酸盐等);有机化学毒物(常见的有酚、醛、苯、硝基化合物、多氯联苯和有机农药等);放射性毒物三大类。毒物对生物的效应有急性中毒和慢性中毒，严重危害人体健康。

　　(4)生物污染物。指废水中的致病性微生物和其它有害的有机物。

　　(5)酸碱污染物。指进入废水的无机酸和碱造成的，一般借助pH反映其含量水平，其危害主要是对金属及混凝土结构材料的腐蚀，使土壤盐碱化，抑制生化反应严重时导致死亡。

　　(6)营养性污染物。多量的氮和磷促使藻类和生物大量繁殖。

　　(7)其它还有热污染(水温过高)、油类污染、有害气体污染和感官污染等。

　　对于废水水质的控制，基本要求是能够满足废水再次使用(循环使用与继续再用)对水质的要求;能够满足有价物质的回收工艺对水质的要求;能够满足废水直接排放对水质的要求。

　　工业废水有害物质最高容许排放的浓度分为两类：第一类，能在环境或动物体内蓄积而对人体健康产生长远影响的有害物质，含此类有害物质的废水，在车间或车问处理没备排出口应符合表7.24规定的标准，不得用稀释方法代替必要的处理。第二类，其长远影响小于第一类的有害物质，在工厂排出口的水质应符合表7.25的规定。

　　7.24工业废水最高容许排放浓度(一)

    二级处理主要解决可分解或氧化的有机溶解物或部分悬浮固体物的污染问题，常采用生物处理或添加凝聚剂使固体悬浮物凝聚分离，从而大大改善水质，基本达到排放标准。三级处理为深度处理，主要解决难以分解的有机物和溶液中的无机物，处理方法有活性吸附、离子交换、电渗析、反渗析和化学氧化等，处理结果将达到地面水、工业用水和生活用水的水质标准。废水处理的方法及处理范围见表(7．26)。

7．26废水处理方法分类和处理范围

    (四)粉尘

    粉尘是污染空气的主要因素之一。铸造车间的粉尘的主要来源是冲天炉、电炉的烟气和废气及烘干窑粉尘沉降及型砂生产过程(如混砂、砂处理、清理、造

型、造芯、合型、浇注、开型、落砂、清理等工序)的粉尘沉降。

    统计资料表明，每熔化lt铸铁，冲天炉排尘约3～10k异，相当于烟囱烟气粉尘浓度为(0．6～2)g／NITl3(标立方米)。炉气中的冶金烟尘主要是金属氧化物，

其尺寸在l灶m左右。炉气中最大量是粉尘，这是大颗粒固体物的总称，据资料介绍，对1台15t冷风冲天炉的检测，粉尘的粒度分布见图7．9。由图可见，小

于40肚m的粉尘约占30％质量分数。 

 对型砂而言，一般<50ttm的颗粒称为尘，在粘土砂车间，粉尘主要来自粘土的新砂(含泥的质量分数一般为20％)，铸件耗新砂约600kg／t，耗粘土约

200kg／I。因此，用粘土砂干型生产lt铸件，型砂带入尘源212kg，这些粉尘中的一部分在各工序因生产条件不同，产生不同量的扬尘。在应用树脂砂工艺的铸造车间，新砂带入粉尘很少，又不使用粘土，故扬尘大大减少。烘房内燃烧室内产生的大颗粒粉尘大部分沉积在窑内的型芯或车台车上，型芯出窑在合型工序中产生严重扬尘。砂处理、落砂、清理则伴随着大量的扬尘，严重污染大气。

    粉尘这一类的悬浮粒子污染物对人体的影响是多方面的，其危害程度视粒子的性质、浓度与接触时间的长短而定，有的呈全身中毒，有的呈局部刺激，污染物如含有致病性微生物，更可引起感染。人长期吸入某些矿物质粉尘会导致尘肺(如矽肺、石棉肺、铝肺、滑石肺、氧化铁肺、铍肺、石墨肺等)。粉尘中的一些重金属元素对人体的危害则更大，引起各种中毒症状和致癌作用。以雾状混悬于空气中的污染物对人体也有很大的危害。大量烟尘和水蒸气一同混入大气，吸收和阻挡了对人体有重要生物意义的紫外线，并使大气能见度减低，辐射强度减弱，影响动、植物的生长，危害人体健康。

  铸造车间的防尘、防毒是环境保护的重要任务之一，应结合废气的处理和其它的环保措施同时进行综合治理。治理粉尘应该首先将悬浮于空气中和废气中的粉尘吸收、过滤、集中、然后加湿统一处理和作它用。多数冲天炉在其烟囱顶部均设有火花捕集器，可捕集大于．50／~m的粉尘。在各个尘源地设置吸尘装置，通过除尘系统可捕集>20tLm的粉尘。由于系统采用较大吸尘风量及风速，粉尘中必然含有较多的可用砂粒(200号筛以下)，一般质量分数为15％～30％，有时可达50％，可通过分级分离，磁选后回用。旋风除尘器应用最广泛，适用于>10pm的粉尘。布袋除尘器一般置于除尘系统的最后一级，可滤出lf堋粉尘。烟尘中的氟化物、硫化物等只能用湿法去除，此时应同时解决污水处理的问题。有关除尘系统及各种除尘设备见其它章节的介绍。

    (五)噪声

    从物理的观点看，噪声就是各种不同频率和声强的声音无规则的杂乱组合，从生理的观点看，噪声就是使人烦燥和讨厌，影响人们正常生活、工作和学习，甚至使人发生疾病的声音。铸造车间的噪声属工业噪声，它包括各种机械工作时的机械振动所发出的噪声，还包括空气动力噪声。

  1．噪声的危害

  (1)损害人的听力，弓f起耳聋。噪声的作用经历初步适应、继之听觉疲劳、听力下降、最终导致噪声性耳聋等过程。它是慢性病，有一个持续积累的过程，最终噪声性耳聋是不能治愈的。

    (2)引起疾病和其它生理功能障碍。噪声会导致心血管疾病、神经衰弱、消化系统功能失调，并对内分泌机能亦有影响。

    (3)干扰安静环境。使人体降低工作效率，影响休息，使人烦燥不安。

    (4)对工业造成危害。高声强会损坏建筑。声疲劳使仪器、仪表失灵。

    2．铸造车间噪声的特点

    (1)噪声源多，声级高，铸造车间的噪声源遍及车间各处，每一工序都有比较高的噪声，它们的噪声级大都超过噪声标准的规定值。表7．30列出了铸造车闻中一些工序的噪声及其频率特征。

    (2)频率范围广。铸造车间的噪声既有高频的，也有低频的，但以中、低频为主。

    (3)噪声持续时间长，除了常发生的金属撞击的冲击声外，大部分的噪声是长时间持续不断的。

   3．噪声的控制  噪声的控制基本上可以概括为噪声源、传递途径、接受者三个方面。一般应首先从消除或抑制噪声源着手。其次在传播途径上进行吸收、

阻隔等治理，最后对接受者即人体进行保护。

   噪声控制的根本措施是对声源进行控制，控制声源的有效方法是降低辐射声源声功率。噪声源按产生的机理可以分为机械噪声、气流噪声和电磁噪声等。实际上噪声很少是单一的，就是一种机械噪声往往也是由几种不同机理的噪声组合而成的。机械噪声是各种机械部件在外力激发下，振动或互相撞击而产生的，旋转运动部件的不平衡，往复运动部件的不平衡，机械零件、部件的撞击和摩擦，机械部件力的传递过程，是产生机械噪声的主要原因，应从根本上采取措施来减弱和消除噪声。

    气流噪声即空气动力噪声，是由气流流动过程中的相互作用，或气流与固体介质之间的相互作用产生的。鼓风机、空压机、内燃机等设备的进排气噪声等，原则上很难完全消除，只能选择合适的空气动力机械设计参数来减少气流脉动，并安装合适的消声器。

    电磁噪声主要是由交变的电磁场激发金属零部件和空气间隙周期性振动而产生的。如电动机、发电机、变压器等发出的电磁噪声。

    控制噪声源的总原则是：设计低噪声、无噪声设备；采用低噪声、无噪声的新工艺；采用吸声，防噪声的新材料；提高设备的加工精度和装配质量；加强对发声设备的布置和管理。

    (1)消声。一种允许气流通过而使声能衰减的装置。分为阻性消声器、抗性消声器、阻抗复合消声器和扩散消声器。

    (2)吸声。借助某些声学材料或声结构以提高声能的吸收，有效地减少噪声源周围壁面的反射声，从而达到降低噪声的目的。使用较多的是各种吸声材料和吸声结构。

    (3)隔声。在噪声传播途径中，把噪声隔绝起来或使之受到阻挡。如隔声罩，声屏障、隔声间等。

    固体声隔离。固体声是指在固体介质中传播的频率处于20～20000Hz的弹性波，它是由机械设备运转的不平衡引起基础和墙体振动，并由固体传声的方式传播。防止和减少这种噪声传播的办法是有效和彻底的融振。

    噪声接受者的保护，常用的防护用具有：耳塞、防声棉、耳罩、头盔等。