СПОСОБ ВОЗДУШНО-ГРАВИТАЦИОННОЙ ПЕРЕРАБОТКИ РАСПАДАЮЩЕГОСЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ШЛАКА Российский патент 2012 года по МПК C22B7/04 

Изобретение относится к металлургической и строительной отраслям промышленности и может быть использовано при переработке распадающегося металлургического шлака, а именно для извлечения из него металлической составляющей, препятствующей его использованию в качестве сырьевого компонента при производстве строительных материалов.

Двухкальциевый силикат 2CaOSiO₂ (белит) является основным минералом для целого ряда металлургических шлаков. В процессе охлаждения этих шлаков белит подвержен силикатному распаду, вызванному полиморфным превращением высокотемпературных α и β модификаций двухкальциевого силиката в γ-модификацию. Данное превращение сопровождается увеличением объема на 10-12%, что приводит к распаду шлака.

Известен способ переработки распадающихся металлургических шлаков [1], включающий первичное дробление шлака при температуре, превышающей температуру начала силикатного распада, а также воздушную сепарацию, которую проводят одновременно с измельчением и принудительным охлаждением до полного завершения силикатного распада.

Данный способ имеет следующие недостатки. Во-первых, нецелесообразно проводить такую трудоемкую операцию, как горячее дробление материала в преддверии его самораспада. Во-вторых, кинетика измельчения материала в агрегатах типа мельницы самоизмельчения такова, что по мере разрушения крупных кусков шлака скорость измельчения значительно уменьшается, что значительно снижает производительность способа. Кроме того, большое количество металла, находящегося внутри шлаковой матрицы, не раскрывается, что приводит к его потере.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ переработки распадающегося металлургического шлака [2], характеризующийся тем, что шлак на стадии силикатного распада подвергают горячему грохочению с выделением в надрешетный продукт крупного скрапа, а подрешетный продукт подвергают вторичному грохочению с охлаждением и воздушной сепарацией, при этом не распавшийся продукт рассеивают на несколько фракций (например: +20 мм; 2-20 мм), которые отдельно направляют на дальнейшую переработку. Из каждой фракции в процессе магнитной сепарации извлекают металл, а оставшийся материал (промежуточный продукт), содержащий сростки металла и шлака, подвергают последовательно дроблению, воздушной сепарации и повторной магнитной сепарации.

Недостатком данного способа является его низкая экономичность, вызванная неоптимальной технологической схемой переработки шлака. Так, использование вторичного грохочения приводит к разделению технологического потока на несколько ветвей (по числу фракций промежуточного продукта), что требует кратного увеличения количества используемого оборудования, обслуживающего персонала, капитальных и эксплуатационных расходов.

Задачей изобретения является устранение недостатков, присущих известным способам, а именно повышение степени очистки шлака от металлических включений до уровня, позволяющего использовать его при производстве строительных материалов, а также повышение экономической эффективности способа за счет снижения уровня капитальных и эксплуатационных затрат на его реализацию.

Поставленная задача в заявляемом способе решается тем, что после горячего грохочения шлак подвергают горячей переработке, которая включает одновременно выполняемые операции избирательного измельчения, охлаждения и воздушной сепарации, при этом в процессе горячей переработки получают смесь, содержащую шлак промежуточных фракций и неизмельчаемые частицы металла, которые далее обогащают, а оставшуюся неметаллическую составляющую подвергают, по меньшей мере, однократной дополнительной переработке, каждый цикл которой включает в себя избирательное измельчение, воздушную сепарацию и разделение частиц по заданной крупности, при этом фракцию заданной крупности и мельче направляют на следующий цикл дополнительной переработки, а фракцию крупнее заданной крупности обогащают с извлечением в концентрат металла и возвращением оставшейся неметаллической составляющей в начало цикла, причем количество циклов дополнительной переработки выбирают с возможностью перевода всей неметаллической составляющей шлака в пылевидную фракцию с последующим извлечением ее из смеси посредством воздушной сепарации, при этом скорость воздушного потока в процессе воздушной сепарации регулируют таким образом, чтобы в него попали металлические частицы мельче заданного размера.

В частных формах реализации способа горячую переработку шлака повторяют последовательно, по меньшей мере, два раза, изменяя режим избирательного измельчения.

Кроме того, на этапе кристаллизации в шлак вводят добавки, активизирующие его силикатный распад.

Кроме этого, операцию разделения по крупности проводят посредством воздушной сепарации.

В частных формах реализации обогащение проводят с использованием, по меньшей мере, одного из процессов, выбранных из группы, включающей, по меньшей мере, магнитную сепарацию, ручную выборку неметаллической составляющей и радиометрические способы обогащения.

Кроме того, пылевоздушную смесь, образующуюся в процессе воздушной сепарации, подвергают повторной сепарации с выделением из нее материала для последующей переработки.

Кроме того, образующуюся в процессе переработки пылевидную фракцию шлака подвергают переработке с извлечением в концентрат полезных компонентов. Для переработки используют, по меньшей мере, один из процессов, выбранных из группы, включающей, по меньшей мере, магнитную сепарацию, флотацию и радиометрические способы обогащения и т.п.

В частных формах реализации способа очищенный от металлических включений шлак подвергают нагреву до температуры перехода γ-белита в β-белит с последующим быстрым охлаждением продукта для стабилизации β-фазы.

Сущность изобретения заключается в следующем. Охлажденный до температуры начала силикатного распада шлак подвергают горячему грохочению с интенсивным воздушным охлаждением и отбором образующейся пыли в систему аспирации. В результате силикатного распада шлак разрушается и проходит через решетку грохота. Оставшийся на решетке скрап возвращают в металлургическое производство, а подрешетный продукт подвергают горячей переработке, которая включает одновременно выполняемые операции избирательного измельчения, охлаждения и воздушной сепарации.

Присутствие в шлаке металлической и керамической составляющей с резко отличающимися прочностными характеристиками приводит к проявлению так называемого эффекта избирательного измельчения материала, когда происходит разрушение лишь неметаллической составляющей шлака. Образующаяся при этом новая поверхность способствует интенсивному охлаждению и силикатному распаду материала.

Основной задачей на этапе горячей переработки является проведение мероприятий, направленных на активизацию силикатного распада, наиболее важной из которых является механическое разрушение капсул, образованных высокотемпературными α,β-фазами и застабилизированных в процессе охлаждения. Разрушение капсул приводит к их дальнейшему самораспаду, что способствует более интенсивному распаду всего материала.

Чтобы не дублировать механическим измельчением процесс самораспада, а сосредоточиться на разрушении крупных высокотемпературных капсул, производят удаление из агрегата промежуточных фракций шлака и неизмельчаемой металлической составляющей.

Использование для выполнения этой задачи традиционных аппаратов типа барабанных мельниц не представляется возможным в связи с тем, что произвести извлечение из них неизмельчаемой металлической составляющей шлака без выгрузки мелющих тел практически невозможно. Кроме того, для воздушной сепарации и соблюдения температурного режима охлаждения материала требуется большой объем воздуха, который необходимо провести с определенной скоростью через весь агрегат равномерным ламинарным потоком. Для решения этой задачи в предлагаемом способе используют воздушные барабанные сепараторы.

Измельчение материала в барабане проводят как в режиме самоизмельчения, так и с использованием размольных тел.

Барабанный сепаратор, работающий в режиме самоизмельчения, представляет собой охлаждаемую водой трубу, внутри которой расположены лопасти, ориентированные таким образом, чтобы при вращении барабана, например, по часовой стрелке крупные куски шлака по спиралевидной траектории, разрушаясь при ударах о стенки корпуса, продвигались в сторону выгрузки. При этом уже измельченные или распавшиеся части материала под действием однонаправленного воздушного потока перемещаются в барабане ускоренно, а пылевидная фракция шлака вообще удаляется в систему аспирации.

Корпус барабанного сепаратора, работающего с использованием размольных тел, представляет собой охлаждаемый водой барабан цилиндрической или цилиндроконической формы, вращающийся вокруг оси, которая может быть наклонена к горизонту под углом 0-30°. Через барабан пропускают регулируемый воздушный поток, который входит в барабан со стороны загрузки, а выходит в систему аспирации со стороны выгрузки материала. Футеровку внутренней поверхности барабана выполняют таким образом, чтобы при его вращении, например, по часовой стрелке происходило перемещение измельченных фракций шлака и кусков металла в сторону выгрузки (режим «Выгрузка»), а при вращении сепаратора против часовой стрелки материал оставался в передней части сепаратора, где происходит измельчение шлака размольными телами (режим «Измельчение»). Используя в качестве размольных тел шары, процесс выгрузки материала организуют таким образом, чтобы неизмельчаемая металлическая составляющая шлака, имеющая в основном плоскую или дендритную форму, беспрепятственно выгружалась из сепаратора, а размольные тела округлой формы возвращались в переднюю часть сепаратора, где происходит основное измельчение материала. При этом режим избирательного измельчения материала на этапе силикатного распада задается измельчающей средой, относительной частотой вращения барабана и продолжительностью измельчения. Измельчающая среда включает в себя крупные куски шлака, неизмельчаемые частицы металла и размольные тела (шары). Количество загружаемых шаров определяется относительным показателем φ=Vи/V, где φ - относительное заполнение сепаратора размольными телами в долях единицы, Vи - объем размольных тел в м³, V - объем барабана сепаратора в м³. Относительное заполнение сепаратора находится в диапазоне φ=(0-0,4). φ=0 в случае самоизмельчения материала, когда шары в барабан не загружают. Использовать загрузку φ>0,4 не выгодно, так как это приводит к снижению производительности и повышенному расходу оборудования. Относительную частоту вращения барабана находят из формулы ψ=n/n_кр, где ψ - относительная частота вращения барабана в долях единицы, n - фактическая частота вращения барабана (об/мин), n_кр - частота вращения барабана, при которой центробежная сила, действующая на размольные тела, равна его силе тяжести (об/мин). Относительную частоту вращения барабана в способе определяют исходя из количества металла, содержащегося в шлаке, состояния футеровки сепаратора и гранулометрического состава измельчаемого продукта. При этом относительная частота вращения находится в диапазоне ψ=(0,2-0,9)n_кр. Уменьшение частоты вращения ниже указанного диапазона нецелесообразно, так как в этом случае практически не идет процесс измельчения материала, а превышение указанного диапазона приводит к прекращению измельчения в связи с действием центробежных сил на размольные тела. Продолжительность процесса измельчения задается оператором посредством переключения режима работы барабанного сепаратора из режима «Измельчение» в режим «Выгрузка». Продолжительность определяют исходя из прочностных характеристик шлака и требований к гранулометрическому составу продукта. При этом чрезмерное удержание материала в сепараторе приводит к неоправданному затягиванию процесса. Чтобы этого избежать, необходимо по достижении определенного гранулометрического состава перевести материал в агрегат с более эффективным для данного гранулометрического состава режимом измельчения.

Расход воздуха, необходимого для сепарации и охлаждения материала, находится в диапазоне 0,1-6,0 кубических метров на килограмм перерабатываемого шлака. Уменьшение расхода воздуха ниже указанного диапазона приводит к недопустимому снижению скорости отвода пылевидной фракции и, как следствие, к замедлению процесса измельчения. Увеличение расхода выше указанного диапазона приводит к повышенному абразивному износу оборудования системы аспирации. Скорость воздушного потока в барабане определяют исходя из скорости витания частиц металла, попадание которых в пылевоздушный поток приведет к снижению потребительских свойств конечного продукта. При использовании очищенного от металлических включений шлака в качестве активной минеральной добавки для производства цемента размер металлических частиц, попадающих в конечный продукт, должен быть меньше 0,08 мм.

Силикатный распад шлака позволяет значительно снизить затраты на механическое измельчение материала. Однако при низких температурах интенсивность силикатного распада замедляется. В связи с этим при определенных условиях использования способа целесообразно говорить не об охлаждении материала, а об удержании температуры материала в определенном температурном интервале, благоприятном для протекания силикатного распада. Верхняя граница диапазона ограничена температурой фазового превращения β-белита в γ-белит (550°C), а нижняя - индивидуальна для каждого шлака и определяется в процессе практического использования способа.

На следующем этапе реализации способа материал подвергают циклической переработке с целью извлечения из него оставшегося металла. Для этого в каждом цикле шлак подвергают избирательному измельчению с разрушением наименее прочной неметаллической составляющей шлака, а затем в процессе воздушной сепарации удаляют образовавшуюся пылевидную фракцию шлака, повышая концентрацию металла в оставшейся смеси. При этом скорость пылевоздушного потока регулируют таким образом, чтобы частицы металла заданной крупности и крупнее не попали в пылевоздушную смесь. Расход воздуха регулируют исходя из интервала значений 0,1-6,0 кубических метров на килограмм перерабатываемого шлака. Как упоминалось выше, снижение расхода воздуха ниже указанного диапазона приводит к недопустимому уменьшению скорости отвода пылевидной фракции, а увеличение расхода выше указанного диапазона приводит к повышенному абразивному износу оборудования системы аспирации.

Измельченный и обеспыленный материал разделяют по крупности. Границу разделения выбирают исходя из технических возможностей агрегата, задействованного на следующей стадии измельчения. Таким образом, мелкая фракция шлака направляется на следующую стадию переработки, а крупная после извлечения из нее металла в процессе магнитной сепарации возвращается на повторное измельчение.

Количество циклов переработки выбирают таким образом, чтобы перевести всю неметаллическую составляющую шлака в пылевидную фракцию и извлечь ее в процессе воздушной сепарации. Число стадий переработки зависит от гранулометрического состава перерабатываемой смеси, прочностных характеристик неметаллической составляющей шлака и от режимов избирательного измельчения, используемых в конкретном случае.

В частных формах реализации способа с целью оптимизации механического измельчения материала в процессе его кристаллохимического распада одновременно выполняемые в барабанном сепараторе операции, такие как избирательное измельчение, охлаждение и воздушная сепарация, повторяют последовательно несколько раз, изменяя в каждом случае режим измельчения. Для этого барабанные сепараторы последовательно устанавливают один за другим, чтобы измельченный и обеспыленный материал из первого сепаратора попадал в зону измельчения второго и т.д. При этом режим измельчения в сепараторах задается индивидуально исходя из прочностных характеристик перерабатываемого материала. Кроме того, режим избирательного измельчения синхронизируют с режимом охлаждения материала, чтобы активизировать силикатный распад и снизить затраты на механическое измельчение материала.

В частных формах реализации способа на этапе кристаллизации в шлак вводят добавки, активизирующие его силикатный распад. Частицы введенного материала образуют центры кристаллизации 2CaOSiO₂. В связи с этим кристаллизация 2CaOSiO₂ идет интенсивней, чем кристаллизация RO-фазы (сумма окислов железа и марганца с частичным содержанием окиси магния), что в дальнейшем в процессе полиморфного превращения β-2CaOSiO₂ в γ-2CaOSiO₂ приводит к более интенсивному самораспаду шлака. В качестве активизирующих добавок используют, например, известковые высевки, саморассыпавшийся ковшовый шлак, полученный в процессе внепечной обработки стали и т.д. Введение активизирующих добавок позволяет сократить технологический процесс переработки за счет более активного самораспада шлака.

В частных формах реализации способа, когда необходимо разделить по крупности высокодисперсную смесь, вместо мелких сит используют регулируемый воздушный поток, который выносит мелкую фракцию в систему аспирации, в то время как крупная остается в бункере сепаратора. Данная операция важна на заключительных стадиях переработки, когда необходимо разделять по крупности мелкие фракции шлака.

В частных формах реализации способа магнитную сепарацию заменяют другими способами обогащения металла. Это необходимо при переработке шлака немагнитных сплавов или некоторых нержавеющих сталей. В этом случае вместо магнитной сепарации применяют другие способы повышения содержания металла в концентрате, такие как ручная выборка неметаллических включений, радиометрические способы обогащения и т.д.

В частных формах реализации способа пылевоздушную смесь подвергают сепарации с целью извлечения из нее материала для последующей переработки. При вынужденной работе на повышенной скорости воздушного потока, например при интенсивном охлаждении материала, происходит вынос мелких частиц металла в систему аспирации. Чтобы не потерять этот металл, крупные и тяжелые частицы пылевоздушной смеси извлекают из воздушного потока посредством осадительных бункеров или центробежных сепараторов. Извлеченный таким образом материал подвергают переработке, которая включает в себя избирательное измельчение материала с последующей воздушной сепарацией.

В частных формах реализации способа очищенный от металлических включений шлак подвергают дополнительной переработке с целью извлечения в концентрат полезных компонентов, таких как оксиды металлов. Обогащение полезных компонентов из хорошо измельченного продукта производят с использованием, по меньшей мере, одного из процессов, выбранных из группы, включающей, по меньшей мере, магнитную сепарацию, флотацию, радиометрические способы обогащения и т.п. При извлечении в концентрат оксидов железа используют магнитную сепарацию, основанную на различии магнитных свойств железосодержащих минералов и частиц пустой породы. Это позволяет повысить экономическую эффективность предлагаемого способа за счет получения дополнительных ценных продуктов переработки.

В частных формах реализации способа очищенный от металлических включений шлак подвергают нагреву до температуры выше перехода γ-2CaOSiO₂ в β-2CaOSiO₂. Для чистого белита эта температура составляет 750°С, а для белита, находящегося в сложных твердых растворах шлака, эту температуру уточняют в каждом конкретном случае. Для стабилизации полученной β-фазы производят быстрое охлаждение частиц шлака до температуры окружающей среды. Такая термическая обработка позволяет улучшить потребительские свойства конечного продукта за счет перевода материала в более активную модификацию.

Упомянутые выше и другие достоинства и преимущества заявляемого способа ниже будут рассмотрены более подробно на некоторых возможных предпочтительных, но не ограничивающих примерах его реализации.

Пример 1

Электросталеплавильный шлак и шлак, образующийся в процессе внепечной обработки стали, охлажденные до температуры 800-700°C доставляются к месту переработки и совместно загружаются в колосниковый грохот. Решетка грохота обдувается воздухом с целью охлаждения материала и отвода пыли в систему аспирации. В процессе силикатного распада шлак разрушается и проходит через решетку грохота в накопительный бункер. На решетке грохота остается скрап, который собирают при помощи электромагнита и возвращают в металлургическое производство, а также крупный нераспавшийся шлак, который после разрушения также направляют в накопительный бункер.

Из накопительного бункера скребковым транспортером материал фракцией 0-200 мм подается в барабанный сепаратор. В сепаратор загружены стальные шары диаметром 120 мм для измельчения материала в режиме полусамоизмельчения, относительный объем заполнения φ=0,08 в долях единицы. Относительная частота вращения барабана 0,4n_кр, об/мин. Во время загрузки материала сепаратор работает в режиме «Измельчение». При этом происходит измельчение шлака с удалением образовавшейся пылевидной фракции в систему аспирации и охлаждением вследствие интенсивного обдувания материала воздухом. Через 20 минут барабанный сепаратор переводят в режим «Выгрузка», при этом барабан меняет направление вращения и смесь, состоящая из шлака фракции 0-50 мм и металла фракцией 0-100 мм, выводится из воздушного сепаратора, а оставшийся в барабане неизмельченный материал крупнее 50 мм продолжает измельчаться в режиме «Выгрузка». Для подачи в барабан следующей порции шлака мельницу переводят в режим «Измельчение».

Охлаждение материала в барабанном сепараторе производят ускоренно. В связи с этим воздушную сепарацию проводят с повышенным расходом воздуха. Поэтому извлекаемую пылевоздушную смесь подвергают повторной сепарации в бункере-осадителе, где воздушный поток замедляет свою скорость и меняет направление, в результате чего происходит расслоение пылевидной фракции. Таким образом, в бункере-осадителе аккумулируют крупные частицы шлака и мелкие, но тяжелые корольки металла. Прошедший через бункер-осадитель пылевоздушный поток фракции 0-0,08 мм направляют в систему аспирации, где в циклоне и рукавном фильтре происходит накапливание очищенной от металлических включений высокодисперсной фракции шлака. Задержанный в бункере-осадителе материал повторно измельчают в валковом прессе с диаметром валков 100 мм и пропускают через центробежный сепаратор для извлечения металла. Очищенный от металлических частиц пылевоздушный поток фракции 0-0,08 мм направляют в систему аспирации.

Извлеченный из барабанного сепаратора материал направляют на магнитную сепарацию, которую проводят на традиционном магнитном сепараторе с настройками, обеспечивающими эффективное извлечение металла.

После извлечения в концентрат металлической составляющей шлака оставшийся продукт направляют на дополнительную переработку.

На первом цикле переработки измельчение материала проводят в конусной дробилке. Образовавшийся в процессе избирательного измельчения материал направляют в барабанный сепаратор самоизмельчения. В процессе вращения барабана лопасти сепаратора продвигают материал в сторону выгрузки, перемешивая его с регулируемым потоком воздуха, который проходит через сепаратор. В процессе воздушной сепарации пылевидная фракция 0-0,08 мм отводится в систему аспирации. Обеспыленный продукт, продвигаясь в сторону выгрузки, попадает на полигональное сито с ячейками 5×5 мм, где происходит разделение материала по крупности. Фракция 0-5 мм направляется на следующую стадию переработки, а крупная фракция (+5 мм) после отделения металла в процессе магнитной сепарации возвращается на повторное измельчение в конусную дробилку.

На заключительной стадии переработки избирательное измельчение материала проводят в валковом прессе с диаметром валков 500 мм. Под действием нормальных и касательных напряжений, возникающих в очаге деформации, происходит избирательное измельчение неметаллической составляющей шлака. Образующаяся на выходе из валков полоса измельченного материала толщиной 15 мм попадает в воздушный сепаратор, где происходит ее разрушение и смешивание с воздушным потоком. В процессе воздушной сепарации происходит обеспыливание материала и разделение его по крупности. При этом часть металлических включений попадает в пылевоздушный поток. Для извлечения металла пылевоздушную смесь подвергают дополнительной воздушной сепарации в бункере-осадителе. Прошедший через бункер-осадитель пылевоздушный поток, содержащий шлак фракции 0-0,08 мм, направляют в систему аспирации, а задержанный в бункере-осадителе материал повторно измельчают и пропускают через центробежный сепаратор для извлечения металла.

Очищенный от металлических включений высокодисперсный продукт подвергают обогащению посредством магнитной сепарации с целью извлечения в концентрат оксидов железа. При этом магнитное поле сепаратора настраивают таким образом, чтобы извлекать в концентрат только частицы с повышенной магнитной восприимчивостью.

После извлечения в концентрат оксида железа обедненную смесь подвергают нагреву до температуры 760°C с последующим быстрым охлаждением до температуры окружающей среды. Данную операцию выполняют с целью перевода γ-белита в более активную модификацию β-белит.

Таким образом, при переработке 100 т печного и 10 т ковшового шлака получают следующий результат:

- 11 т металла возвращено в металлургическое производство;

- 21 т 80% концентрата оксида железа отправлена на аглофабрику;

- 78 т очищенного от металлических включений сталеплавильного шлака фракцией 0-0,08 мм направлено на цементное производство в качестве активной минеральной добавки.

Пример 2

В шлак, снимаемый из плавильного агрегата, вводят 5% известковых высевок, которые образуют центры кристаллизации 2CaOSiO₂. Активно распадающийся шлак температурой 700-600°C фронтальным погрузчиком подают на решетку грохота, которая обдувается воздухом с целью охлаждения материала и отвода пыли в систему аспирации. В процессе силикатного распада шлак разрушается и проходит через решетку в накопительный бункер. На решетке остается скрап, который собирают при помощи электромагнита и возвращают в металлургическое производство.

Из накопительного бункера скребковым транспортером материал фракцией 0-200 мм подается в барабанный сепаратор, работающий в режиме самоизмельчения, где происходит разрушение высокотемпературных капсул шлака. Разрушенные механическим путем капсулы продолжают разрушаться вследствие силикатного распада. Измельченный материал под действием воздушного потока перемещается в сторону выгрузки. При этом пылевидная фракция шлака удаляется в систему аспирации, а обеспыленный продукт переработки выгружают из воздушного сепаратора и направляют на магнитную сепарацию для извлечения в концентрат металла.

Оставшийся материал подвергают дополнительной переработке, которая включает в себя два цикла (см. Пример 1).

Пример 3

Шлак из плавильного агрегата шлаковой чашей доставляется к месту переработки. В процессе слива шлака в расплав вводят 8% оборотного саморассыпавшегося шлака, частицы которого служат центрами кристаллизации 2CaOSiO₂. Остывший до температуры 700-600°C шлак подают на решетку колосникового грохота. Решетку грохота обдувают воздухом с целью ускоренного охлаждения материала и отвода пыли в систему аспирации. В процессе силикатного распада шлак разрушается и проходит через решетку грохота в накопительный бункер. На решетке остается скрап, возвращаемый в металлургическое производство, и крупный не распавшийся шлак, который после разрушения также направляют в накопительный бункер.

Из накопительного бункера скребковым транспортером материал, температура которого составляет 600-500°C, подается к двум последовательно расположенным воздушным барабанным сепараторам (№1 и №2). При загрузке материала барабанный сепаратор №1 работает в режиме «Измельчение». В него загружены стальные шары для измельчения материала в режиме полусамоизмельчения. Диаметр шаров 120 мм, относительный объем заполнения φ=0,08. Относительная частота вращения барабана ψ=0,4n_кр, об/мин. После 10-минутной работы сепаратор №1 переводят в режим «Выгрузка», при этом измельченный и обеспыленный продукт температурой 500-400°C, фракцией 0-40 мм, содержащий куски металла фракцией 0-100 мм, перемещается в барабанный сепаратор №2, в который загружены стальные шары диаметром 60 мм, с относительным объемом заполнения φ=0,15. Относительная частота вращения барабана ψ=0,3n_кр, об/мин. После 10-минутного измельчения сепаратор №2 переводится в режим «Выгрузка», при этом измельченный и обеспыленный продукт температурой 200-100°C, содержащий куски металла фракцией 0-100 мм и шлак фракцией 0-5 мм, выгружается из воздушного сепаратора и направляется на магнитную сепарацию, в процессе которой происходит извлечение в концентрат металлической составляющей шлака.

В процессе работы сепараторов воздушный поток последовательно проходит через сепаратор №1 и сепаратор №2. Воздушную сепарацию проводят с повышенным расходом воздуха. Поэтому образующуюся пылевоздушную смесь подвергают повторной сепарации, пропуская ее через бункер-осадитель. Задержанный шлак подвергают повторной переработке с целью извлечения металла, а прошедшую через бункер-осадитель пылевоздушную смесь направляют в систему аспирации.

Для завершающей стадии переработки фракцию шлака 0-5 мм направляют в валковый пресс с диаметром валков 500 мм. Под действием нормальных и касательных напряжений, возникающих в очаге деформации валкового пресса, происходит избирательное измельчение неметаллической составляющей шлака. Образующаяся на выходе из валков полоса измельченного материала толщиной 15 мм попадает в воздушный сепаратор, где происходит ее разрушение и перемешивание с регулируемым воздушным потоком. В процессе воздушной сепарации производят разделение материала по крупности, при этом часть металлических включений попадает в пылевоздушный поток. Для извлечения металла пылевоздушную смесь подвергают дополнительной воздушной сепарации в бункере-осадителе. Прошедший, через бункер-осадитель пылевоздушный поток фракции 0-0,08 мм направляют в систему аспирации, а задержанный в бункере-осадителе материал повторно измельчают и пропускают через центробежный сепаратор для извлечения металла.

При переработке 100 т сталеплавильного шлака был получен следующий результат:

- 11 т металла возвращено в металлургическое производство;

- 89 т очищенного от металлических включений сталеплавильного шлака отправлено на силикатный завод в качестве сырьевого компонента для производства силикатных строительных материалов.

Пример 4

Осуществляют переработку плавильного медьсодержащего шлака, образующегося при производстве латуни Л-63. Снятый с печи шлак после охлаждения на обдуваемой решетке колосникового грохота загружают в барабанный сепаратор, который работает в режиме «Измельчение». В барабанный сепаратор размольные тела не загружаются, так как шлак содержит значительное количество частиц металла, которые в процессе переработки будут работать в качестве измельчающей среды. Относительная частота вращения барабана ψ=0,5n_кр, об/мин. В процессе вращения барабана происходит избирательное измельчение материала, вызванное ударно-истирающим воздействием кусков металла на частицы шлака. Образующаяся при этом пылевидная фракция шлака непрерывно удаляется из мельницы, увеличивая концентрацию металла в смеси. Через загрузочное окно оператор контролирует процесс переработки. По достижении требуемой степени очистки металла он переводит барабанный сепаратор в режим «Выгрузка». В процессе выгрузки из сепаратора материал разделяют по крупности на полигональном сите с ячейкой 5×5 мм, которое установлено на выходе из сепаратора. Крупную фракцию материала, состоящую примерно на 90% из металла, направляют на специальный конвейер, где производят ручную выборку неразмолотого шлака, а мелкую фракцию 0-5 мм направляют для последующей переработки в валковый пресс с диаметром валков 500 мм. Образующаяся на выходе из валков полоса измельченного материала толщиной 20 мм попадает в воздушный сепаратор, где происходит ее разрушение и перемешивание с регулируемым воздушным потоком, который регулируют таким образом, чтобы в бункере воздушного сепаратора накапливалась только металлическая составляющая шлака. Оставшиеся в воздушном потоке металлические частицы извлекаются из пылевоздушной смеси в центробежном сепараторе. Обедненная пылевоздушная смесь направляется в систему аспирации, где в циклоне и рукавном фильтре производят извлечение высокодисперсной фракции шлака из воздушного потока.

Источники информации

1. Патент RU №1740467 A1, опубл. 15.06.1992.

2. Патент RU №2052520 C1, опубл. 20.01.1996.

Изобретение относится к металлургической и строительной отраслям промышленности и может быть использовано при переработке распадающегося металлургического шлака, а именно для извлечения из него металлической составляющей, препятствующей его использованию в качестве сырьевого компонента при производстве строительных материалов. Металлургический шлак подвергают горячему грохочению с охлаждением, воздушной и магнитной сепарацией и дроблением. После горячего грохочения шлак подвергают горячей переработке, которая включает одновременно выполняемые операции избирательного измельчения, охлаждения и воздушной сепарации. При этом в процессе горячей переработки получают смесь, содержащую шлак промежуточных фракций и неизмельчаемые частицы металла, которые далее обогащают, а оставшуюся неметаллическую составляющую подвергают дополнительной переработке в несколько циклов, каждый цикл которой включает в себя избирательное измельчение, воздушную сепарацию и разделение частиц по заданной крупности. При этом количество циклов дополнительной переработки выбирают с возможностью перевода всей неметаллической составляющей шлака в пылевидную фракцию с последующим извлечением ее из смеси посредством воздушной сепарации. Повышается эффективность переработки металлургических шлаков и снижается уровень капитальных и эксплуатационных затрат на его реализацию. 7 з.п. ф-лы, 4 пр.

1. Способ воздушно-гравитационной переработки распадающегося металлургического шлака, включающий горячее грохочение с охлаждением, воздушной и магнитной сепарацией и дроблением, отличающийся тем, что после горячего грохочения шлак подвергают горячей переработке, которая включает одновременно выполняемые операции избирательного измельчения с охлаждением и воздушной сепарацией, при этом при горячей переработке получают смесь, содержащую шлак промежуточных фракций и неизмельчаемые частицы металла, которые далее обогащают, а оставшуюся неметаллическую составляющую подвергают, по меньшей мере, однократной дополнительной переработке, каждый цикл которой включает в себя избирательное измельчение, воздушную сепарацию и разделение частиц по заданной крупности, при этом фракцию заданной крупности и мельче направляют на следующий цикл дополнительной переработки, а фракцию крупнее заданной крупности обогащают с извлечением в концентрат металла и возвращением оставшейся неметаллической составляющей в начало цикла, причем количество циклов дополнительной переработки выбирают с возможностью перевода всей неметаллической составляющей шлака в пылевидную фракцию с последующим извлечением ее из смеси посредством воздушной сепарации, при этом скорость воздушного потока в процессе воздушной сепарации регулируют таким образом, чтобы в него попали металлические частицы мельче заданной купности.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что горячую переработку шлака повторяют последовательно, по меньшей мере, два раза, изменяя режим избирательного измельчения.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что перед грохочением в шлак вводят добавки, активизирующие его силикатный распад.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что разделение частиц по крупности проводят посредством воздушной сепарации.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что обогащение проводят с использованием, по меньшей мере, одного из процессов, выбранных из группы, включающей, по меньшей мере, магнитную сепарацию, ручную выборку неметаллической составляющей и радиометрическое обогащение.

6. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что пылевоздушную смесь подвергают сепарации с выделением из нее материала для последующей переработки.

7. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что образующуюся в процессе переработки пылевидную фракцию шлака подвергают переработке с извлечением в концентрат полезных компонентов.

8. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что очищенный от металлических включений шлак подвергают нагреву до температуры перехода γ-белита в β-белит с последующим быстрым охлаждением продукта для стабилизации β фазы.