Способ утилизации отходов хроматного производства методами черной металлургии Российский патент 2018 года по МПК C22B1/16 C01G37/00 B09B3/00 C22B7/00 C22C37/06 C22C33/08 C21B3/06 

Изобретение относится к металлургической промышленности, а именно к способам утилизации шламов хроматного производства и может быть использовано при подготовке сырья для черной металлургии. Технический результат - перевод шестивалентного хрома в безопасное состояние путем совместной обработки шламов хроматного производства с железорудным концентратом в процессе агломерации шихты и последующей выплавки чугуна.

Использование рудного сырья неизбежно сопровождается образованием техногенных отходов. В большинстве случаев они по ряду причин не используются, а их хранение несет в себе угрозу окружающей среде. Наибольшую опасность представляют техногенные образования, содержащие токсичные элементы. К ним в первую очередь относятся шламы хроматного производства. Коренным недостатком действующей технологии переработки хромовых руд является образование высокотокспчиого отхода производства - шлама, складируемого в шламонакспиталях.

Известен способ переработки шлама обработкой его серной кислотой при 70-100°C и соотношении Ж:Т=3÷8. Образовавшийся раствор сульфата магния и хромовой кислоты отделяется от твердой фазы. После очистки раствора от соединений хрома последовательным его восстановлением и осаждением гидроокиси хрома карбонатом натрия при 40-90°С, из раствора сульфата магния осаждают карбонат или гидрокарбонат магния, снова используя карбонат натрия [1].

Недостатком способа [1] является нерациональность использования серной кислоты, которая реагирует практически со всеми компонентами шлама (магнием, кальцием, хромом, алюминием, железом). Необходимость сложной очистки растворов сульфата магния, дополнительного расхода карбоната натрия для выделения карбоната магния в осадок, а результате чего получается новый отход - раствор сульфата натрия, требующий переработки и вторичный шлам, также являющийся отходом.

Наиболее близким по существу заявляемого изобретения, прототипом, является способ переработки шлама хроматного производства, включающий обработку его пульпы (Ж:Т=20÷40) углекислым газом в присутствии сульфата кальция (0,8 мас. ч./мас. ч. шлама) при 20-40°С в течение 8 часов, отделение твердой фазы от раствора, содержащего: 11,8 г/л MgO; 1,52 г/л CrO₃; 0,22 г/л СаО, осаждение основного карбоната магния при 80°C в течение 30-60 мин. Сухой осадок основного карбоната магния содержит: 54,34 (MgO; 28,9% СО₂. Согласно изобретению из свежих шламов (не со шламовых прудов), полученных в производстве хромата натрия с использованием доломита удается полностью извлечь водорастворимый хром и на 90-95% оксид магния. Состав сухого шлама после обработки углекислотой, %: СаО - 49,8-53,4; MgO - 2,8-5,2; CrO₃ в.р. - отс.; CrO₃ общ. - 1,2-1,6 [2].

Недостатками метода [2] являются: высокий расход сернокислого кальция (0,8 весовых частей на одну весовую часть шлама); получение значительного количества растворов, затрудняющее их дальнейшее использование; присутствие в растворах, поступающих на выделение основного карбоната магния, сульфата магния, что ведет к загрязнению конечного продукта сульфат ионом; карбонизация на одной стадии не менее 8 часов.

Целью предполагаемого изобретения является упрощение процесса обезвреживания и переработки шлама путем вовлечения его в существующие технологические процессы черной металлургии.

Цели достигают тем, что шламы хроматного производства добавляются в аглошихту вместо традиционных флюсующих добавок, таких как известняк. Для выбора оптимальных условий термической обработки шламов хроматного производства было проведено термодинамическое моделирование поведения хрома в различных условиях. Анализировалось влияние температуры и окислительно-восстановительной среды на поведение хрома. Анализ проводился методом определения минимума энергии Гиббса системы. При этом осуществляется расчет количества компонентов многоэлементной и многофазной системы в равновесном состоянии при заданных температуре, давлении и элементном составе. Установлено, что для термической обработки шламов оптимальным является интервал температур от 1100 до 1400°С, обеспечивающий перевод хрома в безопасную форму.

Заявляемое изобретение может быть осуществлено, например, следующим путем. В качестве хромсо держащих отходов были исследованы шламы Кокшанского хромпикового завода, копившиеся 75 лет. Химический состав шлама представлен следующими элементами (%, масс): Cr - 44,8-45,7; Са - 38,8-40,4; Fe - 5,8-5,9; Al - 4,5-5,5; Si - 4,1-4,5. Анализ состава шлама позволяет сделать вывод о том, что указанный материал содержит все необходимые элементы и в достаточном количестве, для формирования шлаковой фазы металлургического процесса получения черных металлов в доменной печи. Зерна шлама размером до 3 мм направляют в шихту, а более крупные куски дробятся. Горючее - мелкий кокс и антрацитовый штыб - измельчают в валковых дробилках до 0÷3 мм. После дробления шлам и топливо поступают в шихтовые бункера. В шихтовых бункерах хранят также агломерационную руду и концентрат. Шихтовые бункера в нижней части снабжены питателями, при помощи которых шихтовые материалы в определенных количествах выдаются на транспортеры, передающие шихту в корпус агломерации. Здесь перед тем, как попасть на агломерационную машину, шихта в смесительных устройствах (барабаны, шнеки) тщательно смешивается и увлажняется. Смешение и увлажнение шихты необходимо для получения однородной, рыхлой и газопроницаемой массы. Содержание влаги должно составлять 6÷8%. Газопроницаемость обеспечивается вследствие образования комочков при смешивании в барабане. Готовая шихта поступает на вибрационные грохоты для отсева кусочков размером более 10 мм, которые укладываются на колосниковую решетку спекательных тележек (так называемая постель) для предохранения ее от преждевременного износа. Это необходимо также для того, чтобы мелкая шихта не забивала зазоры между колосниками и не просыпалась через них.

Шихта для агломерации имеет следующий состав, % масс.:

Железорудный концентрат 63-71, Шлам хроматного производства 21-31, Коксик 6-8

Для определения относительной прочности агломерат испытывали в барабане. Диаметр барабана 1000 мм, длина 600 мм. Внутри барабана находятся три полки, расположенные на равном расстоянии друг от друга. Для испытания взвешивалась проба агломерата массой 20 кг (куски крупнее 25 мм) и загружались ее в барабан, после чего ему придается вращение. Испытание продолжалось 4 мин, в течение которых барабан делает 100 оборотов, т.е. по 25 оборотов в минуту. После остановки барабана измельченный в нем агломерат рассеивают на ситах с отверстиями 5 и 12 мм. Количество фракций 0÷5 мм и более 12 мм, выраженное в процентах к массе пробы, определяет прочность агломерата (барабанное число).

На фиг. 1 приведена Таблица, где представлены экспериментальные данные, а именно результаты исследований, где был определен состав смеси, который обеспечивает получение прочного агломерата. Анализ данных таблицы позволяет сделать вывод о том, что, если содержание какого-либо компонента в смесях выходит за рамки заявленного, выход фракции агломерата более 12 мм резко снижается и увеличивается количество мелочи, поэтому оптимальным содержанием является: железорудный концентрат 63-71%; шлама хроматного производства 21-31%; коксика 6-8% (масс).

Таким образом, предлагаемый способ позволяет перевести соединения шестивалентного хрома в безопасное состояние путем совместной переработки шламов хроматного производства с железорудным концентратом в процессе агломерации шихты и последующей выплавки чугуна. Использование шламов хроматного производства в качестве флюсующей добавки в аглошихте позволит заменить традиционную флюсующую добавку, такую как известняк. Использование флюсующей добавки в шихте позволит вынести процесс силикатообразования из плавильного агрегата на обжиговую ленту, что позволит экономить топливо в процессе производства первичного черного металла, а также получать чугуны обогащенные хромом.

Использованные источники

1. Патент РФ №2083497, Заявка: 95 95100748, 17.01.1995

2. А.С. СССР №689950, заявлено 29.12.1980, 3225849/23-26

Изобретение может быть использовано при подготовке сырья для черной металлургии. Для утилизации шлама хроматного производства проводят совместную переработку шламов хроматного производства с железорудным концентратом в процессе агломерации шихты. Термическую обработку шлама проводят в интервале температур 1100-1400°С. В качестве исходных компонентов шихты используют шлам хроматного производства, железорудный концентрат и коксик при следующем соотношении компонентов сухой массы, мас.%: железорудный концентрат 63-71, шлам хроматного производства 21-31, коксик 6-8. Изобретение позволяет перевести шестивалентный хром в безопасное состояние путем совместной обработки шламов хроматного производства с железорудным концентратом в процессе агломерации шихты и последующей выплавки чугуна, упростить процесс обезвреживания и переработки шлама путем вовлечения его в технологические процессы черной металлургии, при этом отходы хроматного производства добавляют в аглошихту вместо традиционных флюсующих добавок, таких как известняк. 1 табл.

Способ утилизации шлама хроматного производства, отличающийся тем, что проводят совместную переработку шламов хроматного производства с железорудным концентратом в процессе агломерации шихты, при этом термическую обработку шлама проводят в интервале температур от 1100 до 1400°С, а в качестве исходных компонентов шихты используют шлам хроматного производства, железорудный концентрат и коксик при следующем соотношении компонентов сухой массы, мас.%:

Железорудный концентрат 63-71, Шлам хроматного производства 21-31, Коксик 6-8.