Изобретение относится к области металлургической переработки отходов черной и цветной металлургии и может быть использовано при совместной переработке замасленной окалины прокатного производства и красных шламов производства глинозема из бокситов с получением окатышей, пригодных для восстановительной плавки на чугун.
Замасленная окалина, образующаяся в количестве от 20 до 60 кг/т проката, складируется в отвалах предприятий. Основной ценностью в ней является железо, содержание которого составляет 70-75%. Она отличается повышенным количеством мелочи (минус 5 мм) и присутствием масла, затрудняющих непосредственный возврат в технологический цикл производства.
Известны (см. N.G.West, Recycling ferruginous wastes: practice and trends. Iron and Steel International, 1976, №6, pp.173-185) способы утилизации железосодержащих отходов обогащением, агломерацией, окомкованием или брикетированием, с последующим непосредственным использованием окускованного материала в доменной плавке или, после предварительной металлизации, переработкой металлизированного продукта в доменной или электрической печи. Что касается прокатной окалины, то для удаления масел используются отстаивание с отделением масла от твердой окалины, различные варианты с отмывкой масла органическими растворителями и водой без добавок или с добавками специальных реагентов, термообработки выжиганием органики или переводом ее в газообразные продукты с последующей конденсацией (см. обзор литературы и патентов, приведенный в описании патента Mill scale de-oiling, US 4995912, 1991, авторов Goss Michael, Minchy John E, заявителя Nalko chemical Co). При использовании воды существенной трудностью является разделение жидкой и твердой фаз фильтрацией и центрифугированием из-за замасливания фильтров. По указанным причинам способы утилизации замасленной окалины отличаются значительными капитальными и эксплуатационными затратами, большой длительностью и/или образованием токсичных растворов или газов. Использование известных способов утилизации может быть экономически оправдано лишь при высоких ценах на содержание отвалов и штрафах за загрязнение окружающей среды (Зап. Европа, США, Япония). Однако в промышленной практике применяется лишь утилизация крупной фракции замасленной окалины путем непосредственной переработки в шихте доменной плавки. Что касается мелкой фракции замасленной окалины, то промышленное применение получил процесс частичного удаления масла путем отмывки масла горячей водой (70-95°С), отделения обработанной окалины от масляно-водной эмульсии путем центрифугирования с последующим разделением эмульсии на масло и оборотную воду (см. Киряков С.И., Краснопольский С.Г., Маланичев Ю.А., Брагин В.Б., Марченко Л.Г., Мурзин В.Н., Орлов С.Л. Создание установки утилизации мелкой замасленной окалины и очистки отработанного масла. Труды Свердловского НИИ химического машиностроения, 1999, №6, стр.70-76). Способ позволяет снизить содержание масла в окалине от начального 30-50% до конечного 3-6%, но не обеспечивает получение материала, пригодного для утилизации в технологии чугуна и стали.
Красные шламы образуются при производстве глинозема из бокситов по способу Байера в количестве, примерно равном выходу глинозема. Этот отход в виде пульпы, сгущенной до влажности не менее 50%, направляется в шламохранилища. Красные шламы содержат 25-35% железа, 8-20% оксида кальция, 1-3% оксида магния, 13-20% оксида алюминия, 7-20% оксида кремния, 2-4% оксида титана, 2-15% суммы оксидов натрия и калия, а также примеси оксидов ванадия, титана, серы, фосфора, некоторых редкоземельных и рассеянных металлов.
Известны (см., например, Иванов А.И., Кожевников Г.Н., Ситдиков Ф.Г., Иванова Л.П. Комплексная переработка бокситов. Екатеринбург: УрО РАН, 2003, а также Сабирзянов Н.А., Яценко С.П. Гидрохимические способы комплексной переработки боксита. Екатеринбург: УрО РАН, 2006), способы переработки красных шламов обогатительными, пирометаллургическими и гидрометаллургическими методами, в результате которых достигается извлечение железа в виде чугуна, ферросилиция или железосодержащего концентрата, а также извлечение алюминия в виде алюминатного раствора или глиноземистого шлака, направляемого на производство глинозема или цемента с попутным извлечением рассеянных и редкоземельных элементов. Известные способы не нашли промышленного применения из-за технически не решенных вопросов фильтрации шламов с целью разделения твердой и жидкой составляющих пульпы, а также высоких капитальных и эксплуатационных расходов из-за низкого содержания железа, не позволяющих достичь рентабельного производства.
Для совместной переработки железорудных материалов и красного шлама известно применение красного шлама в качестве упрочняющей микродобавки (1-2%) при агломерации железорудного сырья (см. Н.А.Ватолин и др. Упрочнение агломерата красным шламом. Сталь, 1974, №3, с.397). Это позволяет увеличить прочность агломерата и повысить производительность спекания. Однако такое использование применительно к совместной переработке замасленной окалины и красного шлама не решает проблемы утилизации обоих видов отходов из-за низкой газопроницаемости смеси, значительных выделений вредных газообразных продуктов и сажистого углерода при агломерации и в промышленном масштабе не применяется.
Поскольку оба вида отходов отличаются высокой дисперсностью, для последующей пирометаллургической переработки необходимо предварительное окомкование. Поэтому наиболее близким аналогом для совместной переработки замасленной окалины и красного шлама является способ получения окатышей с использованием красного шлама в качестве связующего при окомковании железорудных концентратов (см. В.В.Кашин и др. Применение красного шлама при окусковании титаномагнетитовых и магнетитовых руд. Бюл. ЦИИН «Черная металлургия», 1976, №22, с.11-14). Способ позволяет частично заменить основное связующее - бентонит, увеличить прочность окатышей и повысить производительность при обжиге окатышей. Способ предполагает предварительную сушку красного шлама, его измельчение и перемешивание в количестве 1,5-2% с железорудным концентратом для образования однородной шихты перед окомкованием.
Недостатками наиболее близкого аналога применительно к совместной утилизации замасленной окалины и красного шлама являются:
- весьма малое содержание красного шлама в шихте окомкования, что не решает задачи масштабной утилизации красного шлама;
- невозможность непосредственного использования окалины без предварительного удаления органики при окомковании из-за плохой смачиваемости поверхности частиц окалины, что приводит к низкому выходу окомкованного материала и недостаточной прочности сырых окатышей;
- необходимость удаления остатков технологического раствора в красном шламе и снижения его влажности перед приготовлением шихты из замасленной окалины и красного шлама для последующего окомкования.
Задачей настоящего изобретения является создание способа получения окатышей, позволяющего совместно переработать замасленную окалину и красный шлам с удалением органической примеси из окалины и получением обожженных окатышей с содержанием железа (не менее 50-55%) для восстановительной плавки на чугун и глиноземистый шлак.
Поставленная задача достигается тем, что в способе получения окатышей для восстановительной плавки с использованием шихты, содержащей железосодержащий материал, включающий красные шламы производства глинозема из бокситов и замасленную окалину прокатного производства, окомкование подготовленного материала с получением сырых окатышей и обжиг полученных окатышей, согласно изобретению, замасленную окалину и красный шлам в соотношении 1:(0,6-1,0) вводят в воду с получением пульпы и подвергают совместному водному выщелачиванию при Т:Ж не менее 1:4, фильтрации с выделением из нее твердого осадка, направляемого на окомкование, и фильтрата, направляемого на очистку, при этом при водном выщелачивании температуру пульпы поддерживают в пределах 70-100°С, пульпу перемешивают, а полученные сырые окатыши подвергают обжигу при температуре 1050-1240°С.
Кроме того, замасленную окалину прокатного производства используют после предварительного отделения свободного масла отстаиванием и/или обработкой горячей водой и/или центрифугированием, а выделенный твердый осадок перед окомкованием промывают водой с возвратом промывной воды на выщелачивание.
Возможность осуществления изобретения иллюстрируются следующими примерами.
Пример 1. Замасленная окалина после предварительной обработки горячей водой и центрфугирования с исходной влажностью 15,2%, содержанием остаточной органики 3% и красный шлам с исходной влажностью 50%, составов, приведенных в таблице 1, подвергали переработке согласно ближайшему аналогу. Перед переработкой красный шлам подсушивали для формирования однородной смеси. Максимальная влажность красного шлама, при которой возможно образование смеси составило 33,3%. Сырые окатыши, если они образовались, подвергали рассеву с определением выхода фракции плюс 5 мм и прочности на сжатие и удар (число сбросов с высоты 0,4 м) согласно существующим требованиям. Результаты приведены в таблице 2.
Из данных по примеру 1 следует, что:
- для получения однородной смеси окалины и красного шлама необходимо предварительное обезвоживание шлама до влажности не более 33,3%;
- максимальное и минимальное количество красного шлама, добавляемое к окалине, определяется требованиям по содержанию железа в шихте восстановительной плавки на чугун (50-55%) и максимально возможным количеством красного шлама. Для использованных исходных материалов (таблица 1) эти количества составляют соответственно 60 и 100%;
- при совместной переработке замасленной окалины и красного шлама по ближайшему аналогу не удается получить окомкованный материал по выходу и прочности на сжатие, отвечающий требованиям последующей переработки обжигом и восстановительной плавкой. Окатыши при любых соотношениях не выдерживали испытание на удар.
Пример 2. Замасленную окалину и красный шлам, составов по таблице 1, с влажностью 15,2% и 50% соответственно подвергали переработке согласно предлагаемому изобретению. На первой стадии исходные материалы в заданном соотношении вводили в реактор с водой и выщелачивали в течение двух часов. Установлено, что при отношении твердого к жидкому (с учетом влажности) менее 1:4 не обеспечивается перемешивание пульпы. При Т:Ж, равном 1:4 и выше, температуре 95°С достигается эффективное перемешивание механической мешалкой с числом оборотов 100 об/ мин. По окончании выщелачивания пульпу фильтровали, кек на фильтре промывали водой. Результаты переработки приведены в таблице 3.
Из данных таблицы 3 следует, что:
- совместное водное выщелачивание замасленной окалины и красного шлама позволяет удалить органическую примесь с поверхности окалины с переводом органики в водный раствор и получить осадок на фильтре (кек), практически свободный от органической примеси при соотношении сухих масс красного шлама к окалине, равном 0,6 и более; при этом обеспечивается хорошая фильтруемость пульпы в сравнении с пульпой красного шлама, которая без добавки окалины вообще не фильтруется;
- при оптимальном соотношении сухих масс окалины и красного шлама в пределах от 0,67 до 1,0 после водного выщелачивания и промывки достигается снижение продолжительности фильтрации пульпы приблизительно вдвое по сравнению с чистой окалиной; при этом содержание железа в кеке находится в пределах 55,6-56,4%, что удовлетворяет требованиям к материалу для окомкования железорудного сырья, предназначенного для восстановительной плавки;
- водородный показатель раствора выщелачивания и промводы кека соответствует показателям для нейтральной и слабощелочной среде.
Пример 3. Замасленную окалину и красный шлам состава по примеру 1 при соотношении сухих масс окалины и красного шлама, равном 0,67, подвергали водному выщелачиванию при отношении твердого к жидкому (с учетом влажности), равному 1:4, и температуре в пределах от 30 до 100°С и промывке кека на фильтре. Определяли выход кека, его влажность, содержание в нем железа и остаточное содержание органики. Результаты обработки приведены в таблице 4.
Из данных, приведенных в таблице 4, следует, что полное удаление органики при совместном выщелачивании и промывке кека на фильтре достигается в интервале температуры выщелачивания 70-100°С.
Пример 4. Замасленную окалину и красный шлам, составов по таблице 1, обрабатывали водным выщелачиванием при соотношении сухих масс окалины и красного шлама 0,75 и 1,0 и промывкой. Моделировали производственный процесс с возвратом промводы на следующую стадию выщелачивания с пополнением испаряющейся воды для поддержания отношения Т:Ж, равному 1:4, при продолжительности выщелачивания в каждой стадии 2 ч. Для каждого состава проводили шесть циклов. Длительность фильтрации и промывки кека в каждой стадии составила от 9 до 20 минут. Расчеты материальных балансов, составов кека (таблица 5), а также распределения элементов показали, что:
- органика из замасленной окалины полностью переходит в раствор выщелачивания;
- выходы кека составляют около 96% по сухому от суммы сухих исходных материалов;
- в кек не менее чем на 99,9-100% переходят железо, оксиды алюминия, кремния, титана, кальция и магния, а также скандий и галлий. В фильтрат извлекается 53-60,4% серы, 0,6-1% фосфора, 68,0-72,3% натрия;
- качество фильтрата от обоих вариантов обработки смесей окалины и красного шлама отвечает требованиям к сбросной бытовой и технической воде промышленных предприятий, направляемых на операции обезвреживания и очистки; в частности, растворы после фильтрации содержат 1,0-1,3 мг/л железа, 21-34 мг/л оксида алюминия, 3,9-8,4 мг/л оксида кремния, 0,9-1,2 мг/л фосфат-иона, 2,7-3,6 г/л сульфат-иона, 2,5-3,3 г/л иона натрия, органических ионов 0,2-0,3 г/л; водородный показатель растворов (рН) находится в пределах 8-9, т.е. соответствует нейтральной среде.
Пример 4. Кек двух составов по примеру 3 подвергали раздельному окомкованию в барабанном окомкователе. Окатыши обжигали при температуре 1145-1150°С. Сырые и обожженные окатыши подвергали стандартным испытаниям как в примере 1. Режимы окомкования кека и свойства сырых и обожженных окатышей приведены в таблицах 5 и 6 соответственно.
Из данных таблицы 5 видно, что предварительная обработка замасленной окалины и красного шлама в заданных соотношениях путем водного выщелачивания обеспечивает полное окомкование кека с образованием сырых окатышей, содержащих более 50% железа, необходимый гранулометрический состав и прочностные характеристики, отвечающие требованиям к транспортировке и пирометаллургической переработке.
Данные таблицы 6 свидетельствуют о том, что при обжиге сырых окатышей, приготовленных из кека состава по таблице 5, обеспечивается получение обожженного материала, по химическому составу и прочностным характеристикам удовлетворяющего требованиям к транспортировке материала и его восстановительной плавке с получением чугуна и глиноземистого шлака.
Оптимальная температура обжига, исключающая срастание обожженных окатышей, составляет 1145-1150°С.
Образцы обожженных окатышей использовали для восстановительной плавки на чугун и глиноземистый шлак. Опробовали вариант получения шлака, пригодного для последующего использования в качестве сырья для производства глиноземистого цемента и содержащего, (%): 42-47 СаО; 8-9 SiO2; 40-44 Аl2O3, с основностью (CaO+MgO)/SiO2, равной 5,3, кремневым модулем Al2O3/SiO2, равным 5, и отношением СаO/Аl2O3, равным 1,05. В другом варианте получали шлаки с наименьшей температурой плавления в системе СаО-Al2O3-SiO2 с массовыми отношениями (CaO+MgO)/SiO2 и Аl2O3/SiO2, равными соответственно 1,25 и 1,56, а также 1,23 и 1,02, пригодные для последующего извлечения глинозема и редких металлов. В обоих вариантах получали литейный чугун, содержащий (%): 3,4-5,1 С; 1,4-2,2 Si; 0,01-0,03 S; 0,8-0,9 Р; 0,2-0,3 Ti. Извлечения составили в чугун (%): 96-98 Fe; 17-33 Si; 100 Р; 7-10 Ti; 96-99 Ga, а в шлак: 96-99 Аl2O3; 88-93 ТiO2; 99-100 Sc2O3; 55-87 S. Выходы чугуна и шлака составили соответственно 1,04-1,06 т/т железа в шихте и 397-507 кг/т чугуна.
Из приведенных показателей восстановительной плавки следует, что:
- при плавке обожженных окатышей из кеков выщелачивания замасленной окалины и красного шлама на глиноземистый шлак вход чугуна вдвое превышает выход чугуна или ферросилиция, наблюдаемые при отдельной переработке красного шлама, что позволяет снизить как минимум вдвое энергозатраты на плавку;
- достигается селективное разделение компонентов с концентрированием железа и галлия в чугуне, алюминия, титана и скандия - в шлаке, выход которого в расчете на массу красного шлама аналогичен отдельной плавке красного шлама;
- целесообразна утилизация натрия, отгоняемого из расплава при восстановительной плавке, путем мокрой очистки газов с возвратом раствора в цикл получения глинозема;
- содержания фосфора в чугуне снижаются примерно вдвое, что упрощает его непосредственное использование для получения литых изделий или рафинирования;
- шлак восстановительной плавки возможно использовать для производства цемента или извлечения алюминия, скандия и РЗМ известными методами.
Технико-экономическая оценка показала, что окупаемость способа без учета эффекта от ликвидации отвалов - 4,5-5 лет. Понятно, что основной эффект использования технологии по предлагаемому изобретению будет заключаться в улучшении экологических условий вблизи действующих предприятий и связан с ликвидацией отвалов.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ КРАСНОГО ШЛАМА ГЛИНОЗЕМНОГО ПРОИЗВОДСТВА | 2003 |
|
RU2245371C2 |
СПОСОБ БЕЗОБЖИГОВОЙ ПЕРЕРАБОТКИ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА, СОДЕРЖАЩИХ ЗАМАСЛЕННУЮ ОКАЛИНУ | 2000 |
|
RU2292405C2 |
СПОСОБ ПИРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ОБОГАЩЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ | 1994 |
|
RU2087542C1 |
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА АГЛОМЕРАТА ДЛЯ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ | 2009 |
|
RU2418079C2 |
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ КРАСНОГО ШЛАМА | 2013 |
|
RU2542177C1 |
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ПИРИТНЫХ ОГАРКОВ | 2000 |
|
RU2172788C1 |
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЦИНКСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ | 2005 |
|
RU2306348C1 |
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ КРАСНЫХ ШЛАМОВ | 2009 |
|
RU2428490C2 |
Способ переработки красного шлама | 2019 |
|
RU2734423C1 |
Способ комплексной переработки красного и нефелинового шламов | 2014 |
|
RU2619406C2 |
Изобретение относится к области металлургической переработки отходов черной и цветной металлургии и может быть использовано в получении окатышей для восстановительной плавки на чугун и глиноземистый шлак. Замасленную окалину и красный шлам в соотношении 1:(0,6-1,0) вводят в воду с получением пульпы и подвергают совместному водному выщелачиванию при Т:Ж не менее 1:4, поддержании температуры в пределах 70-100°С и перемешивании пульпы. Осуществляют фильтрацию пульпы с выделением из нее твердого осадка, направляемого на окомкование и обжиг полученных окатышей при температуре 1050-1240°С, и фильтрата, направляемого на очистку. Изобретение позволяет совместно переработать замасленную окалину и красный шлам с удалением органической примеси из окалины и получением обожженных окатышей с содержанием железа не менее 50-55% для восстановительной плавки на чугун и глиноземистый шлак. 2 з.п. ф-лы, 7 табл., 4 пр.
1. Способ получения окатышей для восстановительной плавки на чугун и глиноземистый шлак с использованием шихты, содержащей железосодержащий материал, включающий красные шламы производства глинозема из бокситов и замасленную окалину прокатного производства, окомкование подготовленного материала с получением сырых окатышей и обжиг полученных окатышей, отличающийся тем, что замасленную окалину и красный шлам в соотношении 1:(0,6-1,0) вводят в воду с получением пульпы и подвергают совместному водному выщелачиванию при Т:Ж не менее 1:4, фильтрации пульпы с выделением из нее твердого осадка, направляемого на окомкование, и фильтрата, направляемого на очистку, при этом при водном выщелачивании температуру пульпы поддерживают в пределах 70-100°С и пульпу перемешивают, а полученные сырые окатыши подвергают обжигу при температуре 1050-1240°С.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что замасленную окалину прокатного производства используют после предварительного отделения свободного масла отстаиванием, и/или обработкой горячей водой, и/или центрифугированием.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что выделенный твердый осадок перед окомкованием промывают водой с возвратом промывной воды на выщелачивание.
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ КРАСНОГО ШЛАМА ГЛИНОЗЕМНОГО ПРОИЗВОДСТВА | 2003 |
|
RU2245371C2 |
Способ производства магнетитовых окатышей | 1973 |
|
SU539970A1 |
Способ обжига ванадийсодержащих железорудных окатышей | 1977 |
|
SU662607A1 |
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЖЕЛЕЗОГЛИНОЗЕМИСТОГО СЫРЬЯ | 1993 |
|
RU2086659C1 |
ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР | 1997 |
|
RU2133817C1 |
Авторы
Даты
2012-08-27—Публикация
2010-10-04—Подача