СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПЫЛИ Российский патент 2019 года по МПК C22B7/02 B09B3/00 C08K3/10 

Изобретение относится к области использования металлургической пыли (утилизации), образующейся при получении черных металлов их сырья рудных месторождений и улавливаемой электрофильтрами систем очистки воздуха с частицами нанометрового размера, содержащей кроме оксидов железа, меди, хрома, оксиды цинка в количестве, как правило, 19…20%. Оно зависит от колебаний в составе выплавляемой шихты.

Проблема утилизации этой металлургической пыли является межрегиональной и осложняется огромным количеством данного вида отходов, достигающим ежегодно в масштабе страны несколько сотен тысяч тонн. Ее захоронение не является рациональным приемом, поскольку металлургическая пыль состоит из веществ, относящихся к исчерпаемым природным ресурсам и обладающих ценными физико-химическими свойствами. Поэтому металлургическая пыль должна утилизироваться для получения востребованных продуктов. Однако объект утилизации должен также иметь крупнотоннажное потребление в хозяйственном обороте. Таким объектом являются резиновые изделия, для изготовления которых в резиновых смесях в качестве активатора вулканизации широко используется специально изготавливаемый оксид цинка, а мог бы применяться содержащийся в металлургической пыли, катализируемый другими совместно присутствующими оксидами.

Известен способ утилизации пыли металлургического производства с выделением оксида цинка (Патент №2450065 РФ, С22В 7/02, С22В 19/38, опубл. Б.И. №13 10.05.2012). Пыль окусковывается совместно с углеродным восстановителем, осуществляют сушку полученных окускованных материалов, их нагрев и обжиг, восстановление и возгон цинка в газовую фазу. Отходящие газы охлаждают, осуществляют окисление и конденсирование оксида цинка в виде тонкодисперсной пыли и улавливание пыли, содержащей оксид цинка. При окусковании пыли в шихту добавляют материал основного состава с содержанием MgO не менее 70%, дополнительно, совместно с окускованием материалов, в печь загружают углеродный восстановитель. Восстановительный обжиг проводят при температуре 1200-1400°С. Выгруженный из печи обесцинкованный материал подвергают магнитной сепарации.

Способ обладает существенными недостатками:

1. Для того чтобы получить оксид цинка для его дальнейшего применения, производятся очень большие энергозатраты, что ставит под сомнение экономическую целесообразность его использования по сравнению с оксидом цинка, полученным традиционным способом;

2. Не раскрывается, что в материале основного состава входит в 30% его массы, и могут ли эти вещества загрязнить полученный оксид цинка;

3. Неизвестно направление использования отхода, остающегося после магнитной сепарации обесцинкованного материала;

4. Не указывается начальная влажность отхода.

Известен способ утилизации металлургических отходов (пыли) - (патент РФ №2240361, С22В/14, С22В 19/30) в котором брикетирование отходов осуществляют совместно с твердым углесодержащим веществом в виде измельченного каменного или бурого угля крупностью 3-5 мм. Брикеты подают в прямоточную трубчатую печь, оборудованную со стороны загрузки топлива кислородными грелками, при этом температура брикетов на выходе из печи поддерживают в диапазоне 700-1000°С. Отходы перед брикетированием предварительно нагревают в подогревательной противоточной трубчатой печи до температуры 550-1000°С.

Однако этот способ имеет ряд недостатков:

1. Крупность измельченного каменного или бурого угля 3-5 мм не обеспечит быстрого и равномерного выделения восстанавливающего газа в объеме брикета;

2. Предварительный нагрев отхода до 550-1000°С является энергетически затратной операцией и снизит потребительскую стоимость конечного материала (брикета) для загрузки в сталеплавильные агрегаты;

3. Нагретые до 550-1000°С отходы создадут технические трудности при брикетировании;

4. Измельчение каменного или бурого угля до крупности 3-5 мм потребует создания специализированного дробильного или размольного участка с разделением полученного полидисперсного материала на вибрационных ситах;

5. Не указывается начальная влажность отхода.

Наиболее близким к заявляемому изобретению являются способы обращения с металлургическими отходами (пыли) газоочисток доменных печей, мартеновских печей, конверторов и электросталеплавильных печей, описанные в монографии «Технология переработки отходов» авторов - Э.М. Соколов, Ю.А. Москвичев, Е.А. Фролова, Н.С. Яманина, О.П. Филиппова, Н.И. Володин. - Ярославль: Изд-во ЯГТУ, 2006. - 387 с., которые связаны с улавливанием в сухом виде электрофильтрами или применяется мокрая газоочистка в скрубберах или трубах Вентури с последующей сушкой, обесцинкованием и добавкой в агломерационную шихту, только если удается снизить содержание цинка менее 1%.

Этот способ (прототип) имеет ряд недостатков:

1. Существенные технологические трудности и энергетические затраты на проведение процесса обесцинкования до содержания цинка менее 1%.

2. Низкий уровень использования металлургической пыли в связи с относительно невысокой долей железа (Fe_общ<50%);

3. Загрязнение территорий предприятий металлургической пылью в связи с невозможностью вывезти ее на полигон твердых коммунальных отходов из-за наличия в ее составе тяжелых металлов (кроме цинка содержится медь и хром);

4. Узконаправленный подход к утилизации данного вида отходов, связанный только с возможным возвратом в агломерационную шихту.

Техническим результатом настоящего изобретения является расширение сферы применения металлургической пыли, основанное на использовании содержащегося в ней оксида цинка в качестве активатора вулканизации резиновых смесей на основе каучуков общего назначения (натурального и бутадиен - стирольного). Технический результат достигается тем, что в заявленном способе металлургическая пыль, уловленная сухим способом и имеющая нанометровый размер частиц, просеивается через сито 63 мкм для освобождения от возможных включений и вводится в резиновую смесь количестве от 2 до 6 массовых частей на 100 массовых частей каучука совместно с другими ингредиентами с последующей вулканизацией.

Способ включает просеивание металлургической пыли через сито 63 мкм, подачу ее после взвешивания в резиносмеситель или на вальцы в начале загрузки совместно с каучуком взамен оксида цинка в качестве активатора ускорителей вулканизации. При этом источником металлургической пыли является из ФККО (Федерального классификационного каталога отходов) «Пыль газоочистки выбросов электросталеплавильной печи, Код 351.222.21.42.4., показатели которого приведены в таблице №1.

В таблице №3 приведены физико-химические показатели резин, содержащие в качестве активатора ускорителей вулканизации резиновых смесей в одном случае оксид цинка, а в другом случае - металлургическую пыль в равных дозировках.

Как видно, при сравнении этих показателей резины, полученные с различными активаторами ускорителей вулканизации, не отличаются по величине приведенных показателей.

Следует также отметить, что различие в стоимости оксида цинка -230000 рублей за 1 тонну и металлургической пыли, все затраты на подготовку которой к использованию в резиновых смесях в виде сушки, дополнительного измельчения и просева, составляют 37000 рублей за 1 тонну.

Таким образом, предлагаемое техническое решение содержит признаки не присущие прототипу и известным в патентной и технической литературе способам утилизации металлургической пыли, то есть заявляемое изобретение обладает новизной и соответствует критерию «изобретательский уровень».

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, может быть многократно использована в первую очередь в черной металлургии, где образуется наибольшее количество металлургической пыли и в резиновой промышленности, где в резиновых смесях на основе каучуков общего назначения в обязательном порядке используется активатор ускорителей вулканизации - оксид цинка, с получением технологического результата, заключающегося в появлении новой возможности утилизации металлургической пыли, технически легко реализуемой в условиях действующего производства и, следовательно, обусловливающий обеспечение достижения технического результата - расширение направлений возможности утилизации металлургической пыли с получением значительного экономического эффекта у изготовителя резиновых смесей. Все это позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «промышленная применимость».

При этом резиновая смесь имеет состав, приведенный в таблице №2.

Изобретение относится к области использования (утилизации) металлургической пыли, образующейся при получении черных металлов из сырья рудных месторождений и улавливаемой электрофильтрами систем очистки воздуха с частицами нанометрового размера, содержащей, кроме оксидов железа, меди, хрома, значительное количество оксидов цинка (до 20%). Уловленную металлургическую пыль затаривают в металлические емкости. Затем охлаждают и просевают пыль через сито 63 мкм. В дальнейшем полученную пыль используют в качестве активатора ускорителей вулканизации путем добавления совместно с каучуком в резиновую смесь в количестве от 2 до 6 мас. ч. на 100 мас. ч. каучука. Способ позволяет расширить сферы применения металлургической пыли. 3 табл.

Способ утилизации металлургической пыли с частицами нанометрового размера, содержащей оксиды цинка в количестве до 20%, уловленной электрофильтрами систем очистки воздуха при получении черных металлов, включающий затаривание пыли в металлические емкости, охлаждение, просев пыли через сито 63 мкм и дальнейшее ее использование в качестве активатора ускорителей вулканизации путем добавления совместно с каучуком в резиновую смесь в количестве от 2 до 6 мас. ч. на 100 мас. ч. каучука.