СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЖЕЛЕЗОЦИНКСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА Российский патент 2006 года по МПК C22B19/30 C22B19/38 C22B7/02 

Изобретение относится к переработке мелкодисперсных железоцинксодержащих отходов металлургического производства (например, сухие и мокрые шламы и пыли газоочисток сталеплавильного, аглодоменного производств) и побочной продукции коксохимического производства (например, каменноугольная смола, шламы коксовых батарей, установки сухого тушения кокса, коксовая мелочь) и может быть применено в черной и цветной металлургии.

Существуют способы переработки железоцинксодержащих отходов металлургических производств, основанные на вельц-процессе, такие как процесс фирмы «Bercelius Metallhutten» (Германия), процессы SDR и SRM (Япония), включающие в себя:

- обезвоживание шламов до содержания влаги в них в пределах 10%;

- равномерное смешивание шламов и при необходимости их офлюсование для получения требуемого значения основности (силикатного модуля CaO/SiO₂);

- добавление в смесь до 10-20% от массы шламов углеродсодержащего восстановителя (коксовой мелочи, шламов коксохимического производства и т.п.);

окомкование полученной смеси с добавлением или без добавления связующего вещества (бентонита или подобных материалов) и получение окатышей размером 2-5 мм;

- термообработку окомкованной смеси в трубчатой вращающейся печи с предварительным подогревом смеси или без него, в присутствии избыточного количества (40-60% от массы окомкованной смеси) твердого углеродсодержащего восстановителя (коксовая мелочь, коксовый орешек, каменный уголь), причем термообработку осуществляют за счет горения твердого восстановителя с подачей в печь воздушного дутья (противоток);

- охлаждение полученного обожженного продукта, содержащего 10-20% непрогоревшего твердого восстановителя;

- улавливание пыли в отходящих газах рукавными или электрофильтрами;

- отделение магнитной части обожженного продукта (окатышей) методом магнитной сепарации.

В результате осуществления этих способов переработки мелкодисперсных железоцинксодержащих отходов металлургических производств получают два конечных продукта: металлизованный окомкованный продукт с общим содержанием железа 50-90% и степенью металлизации 80-95% и пыль (цинковый концентрат) с содержанием цинка до 50%. Металлизованный окомкованный продукт пригоден к применению в аглодоменном и сталеплавильном производстве, а цинковый концентрат является сырьем для получения цинка.

Однако при применении известных способов используют избыточное количество дорогостоящего твердого восстановителя (коксовой мелочи, каменных углей), готовый металлизованый продукт получают недостаточно пористой структурой; используют при окомковании шламы связующих веществ (бентонит и т.п.), которые по сути являются пустой породой или в лучшем случае выполняют функции флюсов, тем самым при их добавлении в шламы снижается общее содержание железа в готовом продукте; достигают степень удаления серы около 40%.

Существует способ переработки цинксодержащих отходов металлургического производства, разработанный Украинским государственным научно-техническим центром «Энергосталь» (SU 1610197 А1), включающий в себя:

- обезвоживание шламов до содержания влаги в них 6-10%;

- добавление к обезвоженным шламам обезвоженной замасленной окалины прокатного производства в количестве 10-50% от массы шламов;

- равномерное смешивание шламов с замасленной окалиной и офлюсование смеси за счет добавления мелкодисперсных отходов производства извести или карбида кальция в количестве 3 -15% от массы смеси шламов и замасленной окалины;

- восстановительную термическую обработку полученной смеси в трубчатой вращающейся печи без доступа кислорода продуктами сжигания природного газа или топливной фракции перегонки жидких обезвоженных маслоотходов (противоток), получаемых с коэффициентом расхода воздуха 0,5-0,9 и температурой 1150-1450°С при разрежении в системе в 15-160 Па и температуре отходящих печных газов 450-700°С;

- улавливание пыли в отходящих газах за счет работы рукавных фильтров;

- охлаждение полученного обожженного продукта.

В результате осуществления этого способа переработки мелкодисперсных железоцинксодержащих отходов металлургических производств получают аналогичные вышеуказанным два конечных продукта, пригодных к применению в аглодоменном и сталеплавильном производствах.

Однако у способа, разработанного УкрГНТЦ «Энергосталь» и основанного на замене твердого восстановителя жидким (маслоотходы, содержащиеся в замасленной окалине) и горячими восстановительными газами (продукты сжигания природного газа или топливной фракции перегонки жидких обезвоженных маслоотходов), существуют следующие недостатки:

- необходимым условием протекания процесса является присутствие замасленной окалины;

- сложность технологической схемы переработки железосодержащих шламов, которая включает раздельное поступление к месту переработки железоцинксодержащих шламов и замасленной окалины, подготовку горячих восстановительных газов, предусматривающую перегонку маслоотходов и их предварительное сжигание перед подачей в печь, обеспечение разрежения в системе, дожигание печных газов с высоким восстановительным потенциалом;

- высокая стоимость процесса в связи с необходимостью оснащения технологической схемы агрегатами для получения горячих восстановительных газов, перегонки маслоотходов, обеспечения разрежения внутри системы и дожигания печных газов;

- сложное ведение процесса, связанное с отсутствием разрыхлителя обрабатываемого материала (твердый восстановитель) в рабочем пространстве печи и существованием по этой причине повышенной опасности образования жидкой фазы в печи и ограниченностью возможностей по предотвращению образования настылей;

- жесткие требования по использованию кальцийсодержащих флюсов (3-15% от массы перерабатываемых материалов) из-за отсутствия разрыхлителя шихты (твердого восстановителя) для избежания образования настылей и повышения температуры плавления обрабатываемого материала.

Задача изобретения - максимально возможное удаление цинка и подобных ему вредных примесей из мелкодисперсных железоцинксодержащих отходов (шламов) металлургического производства и получение окомкованного продукта, пригодного для применения в качестве сырья в сталеплавильном и аглодоменном производствах.

Технический результат - повышение уровня интенсивности протекания процессов возгонки цинка и восстановления железа, в т.ч. повышение степени удаления цинка, серы и других вредных примесей из отходов металлургического производства и повышение степени металлизации готового продукта, а также утилизация каменноугольной смолы.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата предложен способ переработки мелкодисперсных железоцинксодержащих отходов металлургического производства, в котором шламы сгущают и обезвоживают при помощи известных методов до содержания в них влаги не более 10%, затем их подвергают окомкованию с добавлением связующего в виде каменноугольной смолы в количестве 10-20% от массы шламов, после чего окомкованные шламы подвергают термической обработке во вращающейся трубчатой печи, причем параллельно с окомкованными шламами в печь подают твердый восстановитель (шламы коксовых батарей и установки сухого тушения кокса, коксовая мелочь, каменные угли и т.д.) в количестве 20-40% от массы окомкованных шламов.

Для получения основности конечного продукта (отношения CaO/SiO₂), равной 0,6-1, которая обеспечивает наиболее благоприятные условия для разложения трудно восстановимых соединений цинка (ферритов, силикатов, сульфидов и т.д.), благоприятно воздействует на протекание процесса восстановления железа, и тем самым улучшает процесс удаления цинка из обрабатываемого материала, при необходимости в процессе окомкования железоцинксодержащих шламов к ним добавляют флюсы (мелкодисперсные отходы производства извести, карбида кальция или обжига доломита) в заданном количестве.

Для создания необходимых условий протекания процессов восстановления соединений цинка и железа, возгонки и удаления с печными газами цинка и других вредных примесей, обеспечения оптимального теплового баланса термической обработки шламов и предотвращения образования настылей в печи, параллельно с окомкованными отходами в печь подают твердый восстановитель (шламы коксовых батарей и установки сухого тушения кокса, коксовая мелочь, каменные угли и т.д.).

Термическую обработку шламов осуществляют за счет выделения тепла твердым восстановителем, поступающим в печь параллельно с окомкованными шламами, при его горении и продуктами пиролиза каменноугольной смолы (легкими фракциями).

Нагревание реакционной массы (окомкованные шламы и твердый восстановитель) до воспламенения твердого восстановителя производят за счет сжигания газообразного топлива (природного газа или смеси природного и доменного газа, или смеси природного и коксового газа, или коксового газа) в рабочем объеме печи с разгрузочного ее конца. После воспламенения твердого восстановителя подачу газообразного топлива прекращают. Для поддержания горения твердого восстановителя в печь подается воздушное дутье.

Температура реакционной массы в объеме рабочего пространства печи может изменяться от 30-40°С при ее загрузке в печь и до 900-1100°С при ее выгрузке. Температура отходящих печных газов составляет 600-800°С.

После проведения термической обработки обожженные железоцинксодержащие отходы, в виде окомкованного продукта, в смеси с непрогоревшим твердым восстановителем, выгружают из печи, охлаждают, подвергают магнитной сепарации и направляют потребителю. Немагнитную фракцию (не прогоревший твердый восстановитель) направляют обратно во вращающуюся печь.

Отходящие газы, содержащие пыль, проходят через систему газоочистки, где отделяется более крупная пылевая фракция (пылевая камера), а более мелкая, содержащая оксид цинка, остается в рукавных фильтрах после очистки газов в них.

Тепло отходящих газов может быть утилизировано в котле-утилизаторе с получением электроэнергии или в процессе подготовки каменноугольной смолы (поддержание рабочей температуры 80-90°С, при которой каменноугольная смола имеет наибольшую текучесть).

Отличие предлагаемого способа от прототипа состоит в том, что:

- для создания наиболее оптимальных условий для протекания процессов восстановления и возгонки цинка и металлизации окомкованных шламов, разрыхления шихты и поддержания теплового баланса термообработки шламов в печь подают твердый восстановитель (коксовая мелочь, каменный уголь, шламы коксохимического производства, электродный бой) в количестве 20-40% от массы окомкованных шламов;

- нагревание реакционной массы до воспламенения твердого восстановителя и продуктов пиролиза каменноугольной смолы осуществляют за счет сжигания природного газа в рабочем объеме вращающейся печи с ее разгрузочного конца, после воспламенения подачу природного газа прекращают, а для поддержания горения твердого восстановителя в печь подают воздушное дутье в противоточном режиме.

ПРИМЕР. Переработке по предлагаемому способу подвергают смешанный железоцинксодержащий шлам аглодоменного, сталеплавильного и прокатного производства (замасленная окалина). Химический состав шлама представлен в табл.1.

Для упрочнения окомкованного шлама (окатышей или брикетов) и увеличения площади контакта шламов с восстановителем используют каменноугольную смолу. В табл.2 представлены физико-химические параметры каменноугольной смолы.

Для создания необходимых условий протекания процессов восстановления соединений цинка и железа, возгонки и удаления с печными газами цинка и других вредных примесей, обеспечения оптимального теплового баланса термической обработки шламов и предотвращения образования настылей в печи, параллельно с окомкованными отходами в печь подают коксовую мелочь. В табл.3 представлен химический состав золы коксовой мелочи. В табл.4 представлен фракционный и элементный составы коксовой мелочи.

Соотношение компонентов в смеси шлам - каменноугольная смола, фракционный состав сырых и готовых окатышей, размер брикетов, прочностные характеристики, пористость окомкованного продукта, степени металлизации, удаления серы и цинка представлены в табл.5.

Химические составы готового окомкованного продукта (окатышей и брикетов) представлены в табл.6. Основные технологические показатели предлагаемого способа переработки железоцинксодержащих шламов представлены в табл.7.

Представленные табличные данные свидетельствуют, что предлагаемый способ позволяет достигнуть максимальной степени удаления цинка и других вредных примесей (соединений цветных металлов) из обрабатываемых материалов, обеспечить получение окомкованного продукта, отвечающего требованиям, предъявляемым к сырьевым материалам, использующимся в аглодоменном и сталеплавильном производствах, и цинкового концентрата, пригодного для применения его в качестве сырья в цветной металлургии.

Таким образом, предлагаемый способ комплексной переработки мелкодисперсных железоцинксодержащих отходов металлургических производств, основанный на использовании каменноугольной смолы в качестве связующего вещества, обладающего восстановительными свойствами, при подготовке (получение окатышей или брикетов) перерабатываемых материалов к термообработке в трубчатой вращающейся печи позволит:

1) утилизировать каменноугольную смолу в условиях отсутствия на предприятии смолоперерабатывающей установки;

2) получить за счет выделения из каменноугольной смолы при ее пиролизе в процессе восстановительного обжига окомкованных отходов (окатышей или брикетов) углеводородных соединений более пористую структуру получаемого продукта;

3) получить более высокую степень удаления серы (до 99%);

4) обеспечить наиболее благоприятные условия для протекания процесса восстановления оксидов железа, соединений цинка и удаления его паров с отходящими газами без снижения общего содержания железа в конечном продукте;

5) получать окомкованный металлизованный продукт из исходной шихты, как содержащую замасленную окалину, так и не содержащую ее;

6) при ведении технологического процесса использовать более широкий диапазон флюсующих материалов (как кремнийсодержащие, так и кальций- и магнийсодержащие) и получать продукт с заданным значением основности (CaO/SiO₂) в зависимости от требуемых значений степеней металлизации готового продукта, и содержания в нем цинка и серы.

Таблица 1
Химический состав смешанного железоцинксодержащего шлама, %Наименование материалаF_общ.ZnCaOSiO₂Р₂O₅MgOSPbMnOAI₂О₃TiO₂Смешанный шлам аглодоменного, сталеплавильного и прокатного производств ОАО «Урал Сталь» (ОХМК)53,41,324,76,260,0681,490,230,40,790,550,063

Таблица 2
Физико-химические параметры каменноугольной смолы№п.п.Наименование характеристикиЕдиница измеренияВеличина характеристики12341Состав:% бензол 0,13толуол 0,21ксилол 0,1высшие гомологи 0,86стирол 0,001инден 0,09кумарон 0,04бензонитрил 0,02нафталин 9,03α-метилнафталин 1,01(3-метилнафталин 1,51другие гомологи 1,18индол 0,22дифенил 0,23аценафтен 1,6флуорен 1,08дифеленоксид 0,69антрацен 1,21фенантрен 4,97карбазол 1,36пирен 1,23другие: высококипящие 10,63непредельные 0,37сернистые соединения 1,91фенол 0,25о - крезол 0,18м - крезол 0,28п - крезол 0,18ксиленолы 0,34высококипящие фенолы 0,83Основания  пиридин 0,005гомологи пиридина 0,1хинолин 0,17гомологи хинолина 0,21другие основания 0,752Плотность при 20°Скг/м³1170-12003Вязкость:сСт при 25°С 2329при 50°С 126при 75°С 34при 80°С 284Массовая доля:% воды 4,0-7,0серы 0,42

Продолжение табл.212345зольность 0,126Температура воспламенения°С100-1107Температура самовоспламенения°C580 - 5908Температура застывания°C259Температура начала легких фракций выделения°C100-15010Массовая доля веществ, не растворимых в толуоле%до 511Низшая теплота сгораниякКал/кг8500-930012Состав золы:% Fe 8,39SiO₂ 52,7CaO 6,0S 0,148AI₂О₃ 29,0MgO 1,91P₂O₅ 1,49TiO₂ 1,2613Массовая доля фусов в смоле%0,5114Выход пека с температурой размягчения 60-70°С%50-60

Таблица 3
Химический состав золы коксовой мелочи, %НаименованиеFeSiO₂CaOAl₂O₃MgOSP₂O₅TiO₂зола7,254,25,131,52,50,251,81,7

Таблица 4
Фракционный и элементный составы коксовой мелочи, %0-5 мм5-10 мм10-25 ммуглеродвлагазолалетучиесера23,051,325,782,32,214,250,750,5

Изобретение относится к переработке мелкодисперсных железоцинксодержащих отходов металлургического производства и побочной продукции коксохимического производства и может быть использовано в черной и цветной металлургии. Мелкодисперсные железоцинксодержащие отходы сгущают, обезвоживают до содержания в них влаги не более 10%, смешивают с восстановителем. Обезвоженные железоцинксодержащие отходы смешивают с каменноугольной смолой в количестве 10-20% от массы отходов и окомковывают. Осуществляют восстановительную термическую обработку окомкованных отходов в присутствии твердого углеродсодержащего восстановителя в количестве 20-40% от массы перерабатываемых отходов и образующихся продуктов пиролиза каменноугольной смолы с подачей во вращающуюся печь противоточного воздушного дутья, отгонку цинка и улавливание возгонов с получением оксидов цинка. Причем до воспламенения твердого восстановителя и продуктов пиролиза каменноугольной смолы в рабочем объеме печи сжигают газообразное топливо. Изобретение позволит повысить интенсивность протекания процессов возгонки цинка и восстановления железа, повысить степень удаления серы, повысить степень металлизации готового продукта. 7 табл.

Способ переработки мелкодисперсных железоцинксодержащих отходов металлургического производства, включающий сгущение и обезвоживание отходов до содержания в них влаги не более 10%, смешивание их с восстановителем, восстановительную термическую обработку полученной смеси во вращающейся печи, отгонку цинка и улавливание возгонов с получением оксидов цинка, отличающийся тем, что обезвоженные железоцинксодержащие отходы смешивают с каменноугольной смолой в количестве 10-20% от массы отходов, окомковывают, а восстановительную термическую обработку окомкованных отходов ведут в присутствии твердого углеродсодержащего восстановителя в количестве 20-40% от массы перерабатываемых отходов и образующихся продуктов пиролиза каменноугольной смолы с подачей в печь противоточного воздушного дутья, причем до воспламенения твердого восстановителя и продуктов пиролиза каменноугольной смолы в рабочем объеме печи сжигают газообразное топливо.