СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МИНЕРАЛЬНОЙ ВАТЫ И ИЗВЛЕКАЕМОГО ЧУГУНА Российский патент 2020 года по МПК C03B37/01 C03C1/00 C03C13/06 

Изобретение относится к способу получения минеральной ваты и чугуна путем плавления смеси материалов с добавкой, содержащей оксид алюминия, для получения минеральной ваты, имеющей стандартный состав, такой что (в вес.%): Al₂O₃: 18-22; SiO₂: 40-50; CaO: 10-15; MgO: <10; FeO <2; Na₂O <4; K₂O <2, типа, содержащего операции получения шлака и чугуна путем плавления, разделения шлака и чугуна, и подвергания шлака воздействию волокнообразующей операции, и, затем, связывания для получения минеральной ваты.

Способы этого типа для получения минеральной ваты уже известны. Так, известно производство минеральной ваты из сырьевых материалов, таких как базальт и доменный шлак.

Флюсы и кокс добавляют к этим исходным материалам для расплавления смеси в реакторе, таком как вагранка или электропечь.

После отделения чугуна шлак формируют в волокно способом, известным по сути, путем выпускания на роторы с высокой скоростью. Затем добавляют связующие продукты, а также элементы, конкретные для каждого использования, а затем таким образом полученный волокнистый мат полимеризуется, каландрируется и упаковывается.

Способы производства минеральной ваты имеют первичной целью получение шлаков с получением чугуна, как вторичную цель. Последнее является следствием восстановления железа, содержавшегося в качестве примеси в шихтовых материалах. Типичная рабочая температура расплавления скальных пород в вагранке для плавления скальных пород или электропечи составляет порядка 1450°C-1550°C.

Сырьевые материалы минеральной загрузки представляют собой, главным образом, базальт или доменный шлак следующего состава:

Тип - базальт (вес.%) Тип - доменный шлак (вес.%) SiO₂: 40-55 35-40 Al₂O₃: 12-17 8-12 Fe₂O₃: 8-12 0,2-0,8 MgO: 4-6 7-10 CaO: 5-8 38-42 Na₂O: 2-4 0-0,5 K₂O: 2-3 0-0,5 TiO₂: 1,5-3 0,8-1,2 P₂O₅: 0,4-0,5 0-0,5

Их размалывают и сортируют по размерам перед тем, как загружают впечь и смешивают с добавками, т.е. любой добавкой, известной специалистам в области техники, для получения хорошей плавки и хорошего расплава.

Также добавляют литейный кокс. Кокс дает энергию, необходимую для работы вагранки для расплавления скальных пород и в дополнение к электропечи, и он восстанавливает определенные металлические оксиды, такие как оксид железа. В вагранке его, например, загружают отдельными слоями.

Для того чтобы минеральная вата имела светло-желтый цвет и химический состав ваты соответствовал стандарту, указанному выше, было установлено, что необходимо корректировать минеральную базовую загрузку в частях оксида алюминия Al₂O₃. Более того, части железа, содержащегося в минеральной базовой загрузке, должны быть удалены для соблюдения этого стандартного химического состава и сохранения заданного светло-желтого цвета.

Регулирование содержания оксида алюминия обычно достигается путем добавления боксита, который является недорогим материалом со следующим типичным химическим составом, зависящим от частиц карстового боксита или латеритного боксита.

Оксид алюминия в форме гидроксида алюминия: 48-60% SiO₂ 1-7% Fe₂O₃ 2-23% TiO₂ 2-4% CaO 0-4% H₂O (состава) 10-30%

В данной работе боксит состоит из гидроксида алюминия с содержанием воды из состава от 10 до 30%. Поскольку дегидратация, которая тогда требуется, является очень эндотермической, плавка боксита очень энергоемка.

Кроме того, боксит поставляет части железа, которое должно быть извлечено путем восстановительного плавления в виде чугуна. Этот извлечение осуществляют, используя кокс, традиционный восстанавливающий элемент для оксида железа в черной металлургии. Обычно, восстановление части железа, содержащегося или в минеральных загрузках, именно базальте и доменном шлаке, или в боксите, дает небольшое количество фосфористого чугуна со следующим химическим составом:

Fe 92-95% C 1,5-4% Si 2,5-3,5% P 0,5-4% S 0,1-0,5% Mn 0,05-0,2% Cr 0,02-0,2% Ti 0,02-0,2% Al 0,01-0,1%

Этот чугун имеет очень низкую промышленную ценность и является проблемой для производителя, который должен иметь с ним дело.

Что касается кокса, часть его служит для получения скрытой теплоты преобразования воды из состава боксита.

Кроме того, было найдено, что добавление алюминийсодержащего материала типа корунда может дать в результате сохраняемость частиц нерасплавившихся материалов в жидкой фазе или плотное отложение на стенке, приводящих к проблемам после процесса, таким как наплывы или малые блоки, которые не расплавились, которые особенно нежелательны для волокнообразной продукции.

Изобретение ставит своей целью преодоление недостатков способов известного уровня техники.

Для достижения этой цели способ в соответствии с изобретением, главным образом, отличается тем, что для регулирования содержания оксида алюминия оно использует катализаторы, содержащие оксид алюминия в форме Al₂O₃, который является пористым и весьма плавким.

Точнее, изобретение относится к способу получения минеральной ваты и чугуна путем плавления смеси материалов, таких как базальт, доменный шлак, кокс и компонентов, необходимых для плавления, с добавкой, содержащей оксид алюминий, причем упомянутая добавка делает возможным регулировать содержание оксида алюминия для получения минеральной ваты, имеющей следующий состав (в вес.%): Al₂O₃: 18-22; SiO₂: 40-50; CaO: 10-15; MgO: <10; FeO <2; Na₂O <4; K₂O <2, причем упомянутый способ, являющийся типа содержащего операции получения шлака и чугуна путем плавки, разделения шлака и чугуна, и подвергания шлака воздействию волокнообразующей операции, и, затем связывания для получения минеральной ваты, отличающимся тем, что используемой добавкой является, по меньшей мере, один отработанный катализатор и/или, по меньшей мере, один отработанный адсорбент, причем упомянутый катализатор и/или адсорбент содержит оксид алюминия в форме Al₂O₃.

Упомянутый катализатор и/или адсорбент часто содержит, по меньшей мере, один металл, причем упомянутый металл будет извлекаться в чугуне.

Добавка содержит один или более катализаторов и/или адсорбентов. Добавка, как правило, содержит упомянутый катализатор и/или адсорбент, а также боксит, предпочтительно добавка состоит из боксита и упомянутого катализатора и/или адсорбента. Добавка может состоять из упомянутого катализатора и/или адсорбента.

Обычно, катализатор и/или адсорбент содержит, по меньшей мере, один металл, выбранный из группы, состоящей из групп VIB, VIIIB и VB Периодической таблицы. Предпочтительно, катализатор и/или адсорбент содержит Ni и/или Co, и/или Mo, и/или W, и/или V. Предпочтительно, катализатор и/или адсорбент также содержит фосфор.

Предпочтительно, катализатор имеет:

- плотность между 0,5 и 1, и/или

- общий объем пор между 0,2 и 0,9 мл/г, обычно между 0,2 и 0,8 мл/г или 0,3 и 0,7 мл/г, и, чаще всего, между 0,3 и 0,6 мл/г, и/или

- удельную поверхность по методу БЭТ (Брунауэра, Эммета и Теллера) между 20 и 400 м²/г и, чаще всего, между 100 и 300 м²/г.

Предпочтительно, адсорбент имеет:

- плотность между 0,5 и 1, и/или

- общий объем пор между 0,2 и 0,9 мл/г, и, чаще всего, 0,3 и 0,7 мл/г, и/или

- удельную поверхность по методу БЭТ между 20 и 800 м²/г, предпочтительно между 20 и 400 м²/г и, чаще всего, между 100 и 400 м²/г.

Преимущественно, катализатор и/или адсорбент применяют с содержанием S от 2 до 5 вес.%. Предпочтительно, в способе перед загрузкой катализатор и/или адсорбент необязательно подвергают этапу обжига, чтобы восстановить в нем содержание S до самое большее 5 вес.%.

Плавление происходит между 1250°C и 1600°C, предпочтительно 1400°C-1500°C.

Этот способ дает минеральную вату и чугун с помощью плавки в один этап.

СПОСОБ, ОПИСАННЫЙ НА ФИГУРАХ

Описание изобретения будет лучше понятно путем обращения к фигурам, при этом его другие цели, признаки, подробности и преимущества станут яснее в пояснительном описании, данному здесь, обращаясь к прилагающимся схематическим чертежам, приведенным исключительно в качестве примера, иллюстрирующего только один вариант осуществления изобретения, в котором:

- Фиг.1 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее способ изготовления минеральной ваты и чугуна в соответствии с изобретением, использующий вагранку для минеральной ваты, и

- Фиг.2 представляет собой схематическое изображение плавильной печи, используемой в способе согласно изобретению, а именно электропечи с дугой, проходящей через шихту.

Изобретение относится к способу получения минеральной ваты и чугуна путем плавления в плавильной печи, такой как вагранка для плавления скальных пород или электропечи с дугой, проходящей через шихту.

Конкретной особенностью изобретения является то, что добавки оксида алюминия бокситного типа или какого-либо другого типа замещают частично или полностью оксидом алюминия, содержащимся в отработанных катализаторах. Этот оксид алюминия в форме Al₂O₃ обладает высокой пористостью и плавкостью.

Как показано схематически на фиг.1, производство минеральной ваты включает последовательно этап получения шлака и чугуна путем плавления в вагранке 1 для плавления скальных пород, этап разделения шлака и чугуна, который содержит большинство металлов, этап, в котором шлак подвергают волокноформирующей операции, и этап связывания для получения минеральной ваты. Последние две операции известны сами по себе и поэтому не нуждаются в описании.

Что касается вагранки, показанной на фиг.1, изменения внесены в горловину. Шлак и чугун в жидком состоянии отводят из вагранки.

- 1: Система пылеулавливания

- 2: Дымоход

- 3: Горловина (часть, через которую загружают руду и кокс+ известняковый флюс)

- 4: Система загрузки (с вагонетками для маленьких вагранок и скипами для больших установок)

- 5: Водораспыление (система для опрыскивания водой всей целиком внутренней части вагранки. Вода течет вдоль шахты, охлаждая ее и предотвращая ее расплавление под действием внутреннего тепла, особенно в случае разрушения огнеупорной футеровки)

- 6: Набивка (обычно из спрессованного земляного кирпича на основе огнеупорного материала и собранная путем уплотнения)

- 7: Шахта вагранки (часто изготовленная из толстого вольфрамового листа)

- 8: Металлические загрузки

- 9: Загрузки (кокс и известковый флюс)

- 10: Воздушная коробка (снабжает воздухом фурмы)

- 11: Смотровое окно, исключительно для контроля плавки

- 12: Фурмы (вдувают воздух для активации сгорания кокса)

- 13: Шлак (слой, который образуется на поверхности ванны расплавленного железа)

- 14: Летка (открыта при заливке железа в печь-миксер)

- 15: Желоб для заливки (расположен над миксером)

- 16: Подовая плита (нижняя огнеупорная часть вагранки)

- 17: Шлаковая летка (для удаления шлака перед выпуском железа)

- 18: Зумпф (наполнен железом и раскаленным коксом

- 19: Растопочные дверцы вагранки

- 20: Сливной носок извлечения воды

- 21: Дроссовый резервуар (для извлечения шлака и дросса)

- 22: Подовая плита (предназначена для очистки охлажденной вагранки перед ремонтом огнеупорной футеровки)

Фигура 2 иллюстрирует способ получения шлака и чугуна с использованием электропечи с дугой, проходящей через шихту, в качестве плавильной печи. На этой фигуре ссылки 28,29 и 30 указывают на засыпные ковши, электроды и плавильную электропечь, соответственно. Железо выпускается в 31 и шлак для изготовления минеральной ваты выгружается в 32.

Следующие элементы обозначают:

- 23: Система для подачи/выгрузки материалов

- 24 и 27: Подъемники

- 25: Бункер-накопитель

- 26: Миксер

ОТРАБОТАННЫЕ КАТАЛИЗАТОРЫ И/ИЛИ АДСОРБЕНТЫ

Способ использует отработанные катализаторы и/или адсорбенты, чей минеральный носитель является пористым и содержит оксид алюминия. Чаще всего, они содержат, по меньшей мере, один металл. "Отработанные катализаторы и/или адсорбенты" означают катализаторы и адсорбенты, которые их владельцы больше не желают использовать, и которые предназначены для уничтожения. Для катализатора причиной может быть ухудшение его качества, преимущественно в уровне его каталитической активности и его механических свойств. Это может относиться к катализаторам, которые стали загрязненными нежелательными элементами во время использования. Конец их службы часто обусловлен потерей механической прочности или не отвечающим требованиям размером. Для адсорбентов причиной может быть ухудшение их качества, преимущественно по уровню их емкости для адсорбции и их механических свойств.

Изобретение относится катализаторам и адсорбентам и, предпочтительно, к катализаторам.

В способе согласно изобретению, можно использовать широкий диапазон катализаторов и/или адсорбентов. Катализатор содержит пористый носитель, содержащий оксид алюминия в форме Al₂O₃ и, по меньшей мере, один металлический элемент Периодической таблицы. Металлический элемент выбирают предпочтительно из групп VB, VIB, VIIIB, и, предпочтительно, металл выбирают из Ni и/или Co, и/или Mo, и/или W, и/или V.

Количество катализатора и/или адсорбента, как добавки, можно модифицировать в зависимости от состава катализатора и/или адсорбента, а также присутствия и содержания определенных металлических и неметаллических элементов в катализаторе и/или адсорбенте.

Ими обычно являются катализаторы гидроочистки (HDT, hydrotreating) или катализаторы каталитического крекинга (FCC, Fluid Catalytic Cracking, флюид-каталитического крекинга). Катализаторы для гидрообработки (HDT, также называемые HPC (hydroprocessing catalyst) для гидропроцессинга) в частности включают катализаторы для гидродесульфурации (HDS, hydrodesulfurization), гидродеазотирования (HDN, hydrodenitrogenation), а также гидрокрекинга. Они также могут бы не в полной мере катализаторами для гидрогенизации, селективной гидрогенизации или общей гидрогенизации. Также возможно использовать катализаторы FCC флюид-каталитического крекинга, катализаторы водородной цепи, катализаторов процесса Клауса для превращения H₂S до элементарной S, которые являются типа оксида алюминия (часто состоящими из оксида алюминия) или оксида титана, или еще катализаторы на основе Co для процесса Фишера-Тропша.

Катализаторы HDT содержат оксид алюминия и составляющие элементы, такие как Ni, Co, Mo, W, P, B и, как загрязняющие элементы в случае отработанных катализаторов, V, Ni, Fe, As, Na, Si, P, Ca. Катализаторы FCC содержат оксид алюминия и алюмосиликаты.

Они могут быть катализаторами гидрогенизации на основе Co или Ni и Mo, и алюмооксидного носителя, катализаторами для селективной гидрогенизации или общей гидрогенизации на основе никеля (5-50 вес.% Ni и алюмооксидный носитель).

Пригодны также катализаторы гидрокрекинга на основе Ni и W, нанесенные на оксид алюминия, и аморфный или кристаллический алюмосиликат (цеолит).

Мы также можем упомянуть катализаторы каталитического крекинга (FCC) на основе оксида алюминия, алюмосиликата и цеолита, или еще катализаторы водородной цепи на основе Ni, Fe, Cr, Cu, Zn, или еще катализаторы в процессе Клауса алюмооксидного или титанооксидного типа, или еще катализаторы для процесса Фишера-Тропша на основе Co.

Это не исчерпывающий перечень.

Адсорбенты используются в различных применениях для очистки потоков или молекулярного разделения. В качестве примера мы можем упомянуть сушку различных потоков воздуха, углеводородсодержащих погонов или других газовых смесей. Это может быть вопрос абсорбирования примесей кроме воды, например, углеводородов в следовых количествах или других неорганических элементов, таких как хлор и т.д. Адсорбенты также используются для очистки сырья от загрязняющих примесей в определенных некоторых применениях, например, очистке олефинов, производстве полиолефинов, а также производстве пероксида водорода.

Активированный оксид алюминия используют также в процессах очистки воды для адсорбирования нежелательных неорганических веществ и микроэлементов, таких как мышьяк, фтор, медь, цинк, свинец, оксид кремния, фосфаты и нитраты.

Содержание оксида алюминия (в форме Al₂O₃) в катализаторах и/или адсорбентах составляет от 20 до 100 вес.%, чаще всего, от 40 до 100 вес.%. Если катализатор и/или адсорбент содержит металлическую фазу или другие соединения, содержание, вышеуказанное 100%, намного уменьшается; нижний предел может составлять 95%.

Для катализаторов гидрообработки это составляет обычно от 60 до 90% и для катализаторов FCC это обычно составляет между 45 и 80%.

Катализатор и/или адсорбент содержит оксид алюминия; вдобавок к оксиду алюминия он может содержать оксид кремния (алюмосиликат), цеолит (например, алюмосиликат, такой как цеолит Y) или любой другой носитель, обычно используемый в катализаторах и/или адсорбентах (и особенно тех, которые упомянуты выше), известный специалистам в области техники.

Алюмооксидная минеральная фаза катализаторов и/или адсорбентов представляет собой пористое твердое вещество.

Катализатор имеет общий объем пор обычно между 0,2 и 0,8 мл/г и, чаще всего, между 0,3 и 0,6 мл/г. Этот объем составляет, например, 0,5 мл/г.

Этот объем пор обычно соответствует размеру пор между 5 и 100 нм, чаще всего, между 7 и 50 нм.

Другим отличительным признаком этих пористых катализаторов и/или адсорбентов является их относительно низкая плотность, именно вследствие этой обширной пористой сети. Эта объемная плотность измеряется в сухом состоянии (после обжига при 550°C, 2 ч), она часто заключается между 0,5 и 1, и, чаще всего, между 0,6 и 0,9. В присутствии кокса, углеводородов или металлических загрязняющих примесей эта плотность может превышать 1, но без достижения высокой плотности боксита или материалов того же самого типа (плотности, по меньшей мере, 2,3). Она может быть вплоть до 1,5 или 1,8.

Следует отметить, как здесь рассматривается, что плотность соответствует плотности в г/литр.

Катализаторы и адсорбенты обычно содержат меньше воды, чем содержит боксит; в них содержание воды составляет обычно ниже 5 вес.% и, чаще всего, ниже 1 вес.%.

Катализаторы и адсорбенты могут быть в форме бусин, таблеток, экструдируемых заготовок, брикетов, порошков, кусков, песков. Предпочтительно будет продолжить агломерацию и геометрическую калибровку, чтобы иметь возможность загружать их в плавильную печь для получения минеральной ваты.

Металлы, и, особенно, Ni, Co, Mo, W, V, принадлежат категории так называемых стратегических металлов, для которых крайне важно упрочить пути повторного использования и переработки.

Чугун, полученный в соответствии с изобретением, востребован рынком, так как он содержит стратегические металлы. Последние могут быть извлечены из расплава путем того же самого процесса восстановления, как для оксида железа, содержащегося в боксите, как будет объяснено в настоящем документе.

Случай катализаторов и/или адсорбентов, содержащих серу или фосфор, будет также объяснен ниже.

СПОСОБ СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ

Как указано выше, изобретение состоит из замены пористыми и плавкими катализаторами и/или адсорбентами некоторой части или всего вводимого количества оксида алюминия Al₂O₃, необходимого для получения стандартного химического состава минеральной ваты, традиционно изготовленной из боксита.

Главное преимущество изобретения заключается в том, что оно дает одновременно в одном пирометаллургическом этапе металлический чугун, содержащий металлические элементы Ni, Co, Mo, W, V, содержавшиеся в катализаторах, при этом шлак может быть превращен в минеральную вату.

Этот пирометаллургический этап может успешно предваряться этапом обжига катализатора и/или адсорбента, допускающим удаление основной доли углерода и серы, содержавшейся в катализаторах и/или адсорбентах.

ВЛИЯНИЕ СЕРЫ

Однако, было найдено, что процентное содержание остаточной серы, содержавшееся в прокаленных катализаторах и/или адсорбентах, могло бы быть гораздо выше, на уровне от 3 до 4 вес.%, чем традиционно установленное в этапах пирометаллургического процесса для переработки отработанных катализаторов, а именно ниже 2%.

С термодинамической точки зрения и при рабочей температуре плавления в вагранках для плавления скальных пород, т.е. 1450°C-1550°C, карботермическое восстановление, т.е. с помощью кокса, металлических оксидов (таких как оксиды Ni, Co, Mo, W и V), содержавшихся в катализаторах и/или адсорбентах, является полностью аналогичным восстановлению оксидов железа, или еще лучше; части этих металлов (таких как Ni, Co, Mo, W и V) окажутся в чугуне.

ВЛИЯНИЕ ФОСФОРА

Кроме того, легирование фосфором катализаторов и/или адсорбентов является преимуществом, поскольку последний хорошо известен как отличный плавень в процессах плавления.

В конечном счете, части фосфора в катализаторах и/или адсорбентах отлагаются в порах, тем самым внося вклад в отличную плавкость оксида алюминия в катализаторах.

Обычно, чугун, полученный с добавлением катализаторов, частично или полностью заместивших добавку боксита, имеет следующий химический состав:

Mo 10-45% Ni 0-15% Co 0-15% W 0-20% V 0-25% C 1,5-4% P 3-8% S 0,5-3% Si 2,5-3,5% Mn 0,05-0,2% Cr 0,02-0,2% Ti 0,02-0,2% Al Fe 0,01-0,1% Остальное: Железо,

с очень низкой температурой плавления порядка 1250-1350°C, облегчая разливку и снижая энергопотребление вагранки для плавления скальных пород.

Полученный чугун затем очищают, в смысле дефосфорации, чтобы позволить сбыт металлов, содержавшихся в литейном производстве или сталеплавильном производстве в обычном способе получения стали в дуговой печи и/или конвертерного типа. Железные слитки загружают в дуговую печь или конвертер для обработки с помощью обычного процесса дефосфорации окислительного типа (процесс дефосфорации железа в производстве чугуна и сталеплавильном производстве в доменной печи после получения в доменной печи).

Из-за присутствия элемента P, фосфора, шлак и чугун будут иметь более низкую температуру плавления. Это неожиданное преимущество обусловлено, в частности, высоким содержанием фосфора в определенных катализаторах на уровне, например, от 1 до 5 вес.%. Фосфор является легирующим элементом в определенных катализаторах, например, катализаторах гидрообработки, и/или необязательно примесью, происходящей из нефтяного сырья.

В результате, вязкость шлака и чугуна будет ниже, их соответственная разливка облегчается, при этом потребление энергии также снижается относительно обычного процесса вагранки для плавления скальных пород или электропечи.

ДРУГИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Добавление пористого катализатора на основе оксида алюминия и/или адсорбента приводит к неожиданному техническому преимуществу, которое состоит из сильно упрощенного и более экономичного действия пирометаллургического метода.

УЛУЧШЕННОЕ ПЛАВЛЕНИЕ

На самом деле, с добавками алюминийсодержащего материала бокситового или корундового типа иногда наблюдаются трудности при плавлении, приводящие к продолжению существования частиц нерасплавившегося материала в жидкой фазе или образованию корки на стенках, которые вызывают проблемы после способа получения минеральной ваты, что касается качества и производственного брака.

Однако с пористым оксидом алюминия, содержащимся в катализаторах и/или адсорбентах, плавкость очень высока. Возможно, что этот неожиданный эффект обусловлен высокой пористостью этого материала, и/или наличием плавня фосфорного типа фактически внутри алюмооксидного материала. Таким образом, он имеет очень хорошую плавкость и растворимость в расплавленной минеральной фракции.

Таким образом, производителю доступна замена сырьевым материалом намного лучшего качества, чем традиционные загрузки.

Эта характеристика высокой плавкости соответствует высокой скорости плавления, тем самым укорачивая время выдерживания в горячей зоне и увеличивая продуктивность по сравнению с обычным способом с бокситом. Она также делает возможным уменьшать технологические осложнения от образования корки шлака на стенках.

Кроме того, было найдено, что присутствие молибдена и вольфрама ускоряет слив металлической фазы (чугуна) из-за высокой плотности молибдена и/или вольфрама по сравнению с железом в случае боксита. Это явление способствует сокращению времени пребывания.

Таким образом, из-за присутствия легкоплавкого пористого катализатора и/или адсорбента, как заместителя для боксита, возможно эксплуатировать печь для получения минеральной ваты при более низких температурах, чем обычный способ. Обычно температура находится между 1350°C и 1500°C. Таким образом, возможно сделать существенные сбережения энергии и улучшения продуктивности.

Кроме того, отсутствие загрузки водой при использовании катализатора по сравнению с бокситом - поскольку катализаторы и/или адсорбенты обычно содержат меньше воды, чем содержит боксит (содержание воды ниже 5 вес.%, чаще всего, ниже 1 вес.%) -делает возможным давать существенные сбережения из-за отсутствия эндотермического эффекта испарения воды.

ПОЛЬЗУЮЩИЙСЯ СПРОСОМ ЧУГУН

В чугуне выходы извлечения металлов, содержавшихся в катализаторах и/или адсорбентах, являются превосходными, обычно свыше 90% или 95%, и даже свыше 98%, например, для Ni, Co, W и Mo.

Это также возникает от двух сопутствующих эффектов, характерных для технологии вагранки или электропечи в производстве минеральной ваты. С одной стороны, загрузки в верхних частях печи или вагранке подогреваются горячими газами вагранки или электропечи с высоким уровнем содержания монооксида углерода. Начиная с 750°C, монооксид углерода действует как твердофазный восстанавливающий агент для металлов, что называется, таким образом, твердофазным предварительным восстановлением. Мы, тем самым, имеем реакцию газ/твердое вещество, так называемое твердофазное предварительное восстановление. Это хорошо известное явление для получения губчатого железа, начиная с руд, которое используется преимущественно в контексте изобретения.

В конечном счете, когда загрузки поступают в зону плавления до тестообразности, металлы восстанавливаются сразу и полностью (такие, как те металлы VIII и VIB групп, как например Fe, Ni, Co, Mo и т.д.). Затем они просачиваются в форме металлических шаровидных включений, которые сливаются и быстро осаждаются на дне печи. Следует также отметить, что в печи для получения минеральной ваты потери металла уносом являются очень незначительными.

Обычный способ изготовления минеральной ваты в вагранке для плавления скальных пород или электропечи дает малое количество малоценного вторичного материала, а именно чугуна на основе железа с низким содержанием фосфора, тогда как способ согласно изобретению по-прежнему дает только малое количество чугуна, но который является пользующимся высоким спросом при получении большого количества минеральной ваты, но с маленькими добавками кокса, связанными с испарением воды из боксита.

Другим возможным преимуществом изобретения является уменьшение количества железа в расплаве, поскольку используется меньше боксита (с высоким содержанием железа).

ОБЛЕГЧЕННЫЙ СПОСОБ

В конечном счете, производитель может извлечь шлак, разлитый с фосфористым чугуном, за счет литья в желоб, обеспечивая разделение за счет разницы в плотностях в жидкой фазе, чугун на дне желоба, а шлак, как плавающий на поверхности; при затвердевании чугун и шлак закономерно разделяются.

Обычно, поскольку целью является получение шлака, который не смешан с чугуном, чугун известного уровня техники выгружали (для полигона) с малым количеством шлака, вовлеченного во время литья без применения давления. Таким образом, для выхода минеральной ваты в 50 кт/год была потеря в 2500 т шлака во время литья фосфористого чугуна через желоб.

Вместе с изобретением целью является также получение товарного чугуна. Литье в желоб, предназначенное для хорошего извлечения чугуна, позволяет путем денситометрического разделения фаз металл-шлак извлекать эту потерянную фракцию шлака и возвращать ее обратно в вагранку для плавления скальных пород, экономя тем самым равное количество сырьевых материалов.

СПОСОБ, КОТОРЫЙ УЛУЧШЕН ОТНОСИТЕЛЬНО СПОСОБОВ ИЗВЕСТНОГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

Изобретение предлагает главные преимущества относительно обычного маршрута для пирометаллургической переработки катализаторов.

Во-первых, скорость извлечения значительно улучшается относительно обычных пирометаллургических методов.

Кроме того, изобретение идеально использует оксид алюминия, содержащийся в катализаторах и/или адсорбентах, поскольку минеральная вата требует оксида алюминия, при том, что он утилизируется очень плохо или вообще не используется в обычных пирометаллургических методах переработки катализаторов. Следовательно, получают два, пользующихся высоким спросом, продукта в один этап в достаточно благоприятных условиях эксплуатации.

По сравнению с гидрометаллургическим маршрутом переработки (состоящим из выщелачивания металлов Mo, W, V с помощью щелочного выщелачивания), переработка катализаторов и/или адсорбентов согласно изобретению в контексте производства минеральной ваты и чугуна предлагает некоторые другие преимущества.

Фактически, работа происходит без добавления опасного или токсичного выщелачивающего агента, без каких-либо затрат труда, без капитальных затрат на выщелачивание (резервуар, смеситель, хранилище токсичных продуктов, трубопроводная сеть, насосы, фильтрпресс и оснащение инструментами), без жидких отходов и без побочных продуктов, которые трудно удалять.

Кроме того, используются элементы Ni и Co, что не бывает, или редко бывает в обычных методах, поскольку эти металлы не извлекаются в гидрометаллургическом маршруте. Твердую фракцию, получающуюся от щелочного выщелачивания, богатая по оксиду алюминия, Ni и Co, можно необязательно использовать в пирометаллургии для извлечения Ni и Co. Однако, из-за низких содержаний, экономические показатели этого плавления не часто являются выгодными.

ЗНАЧИТЕЛЬНОЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ПРЕИМУЩЕСТВО

В дополнение к техническим преимуществам есть значительные экономические преимущества, когда оператор вагранки для плавления скальных пород или электропечи заменяет новый сырьевой материал менее дорогими алюмооксидными катализаторами

Стоимость оксида алюминия в форме боксита составляет порядка 70-150 €/т. Как пример, если производителю необходимо корректировать 10% Al₂O₃, он будет использовать 20% боксита в 50% оксида алюминия, содержащегося в загрузке. Если стоимость боксита 100€/т, то для производства минеральной ваты 50 кт/год и, поскольку оксид алюминия катализаторов может считаться без цены на рынке, экономия может быть 1М€/т для 5 кт замененного Al₂O₃.

Кроме того, с помощью изобретения фосфористое железо теперь пользуется спросом из-за металлов, которые оно содержит, экономя стоимость полигона от 10 до 15 €/т, что для выхода в 50 кт/год ваты и 2500 т чугуна дает экономию в 25-37,5 к€/год.

Экономия на загрузке сырьевых материалов может быть оценена в 10-15 €/т (затраты на извлечение и измельчение-дробление карьерной скальной породы и/или доменного шлака) плюс их коррекция по Al₂O₃, например, в 10%, которые уже содержатся, и с бокситом в 100 €/т, который дает 20 €/т, или экономию порядка 75-87,5 к€/год.

С помощью изобретения производитель уменьшает потребление кокса в вагранке и электричества в электропечи с дугой, проходящей через шихту для дегидратации боксита, экономия составляет от 3 до 16% потребления кокса в вагранке, от 2 до 10% электричества электропечью с дугой, проходящей через шихту. Для выхода в 50 кт/год минеральной ваты и 3750 т использованных повторно катализаторов экономия составляет порядка 200-250к€/год.

Общий прирост для производителя в производстве минеральной ваты может быть порядка 1000 к€/год для выхода в 50 кт/год минеральной ваты и 3750 т/год повторно использованных катализаторов.

Другое преимущество заключается в том, что способ имеет более низкое потребление электроэнергии. Фактически, играет роль химическая и физическая природа оксида алюминия катализатора. Это фактически оксид, безводный или с низким уровнем гидратации, поскольку боксит состоит из гидроксида алюминия Al(OH)₃ с содержанием воды состава от 10 до 28 вес.%. Так как дегидратация является высоко эндотермической, плавление алюмооксидных катализаторов потребляет значительно меньше энергии, чем плавление боксита, с другой стороны, из-за очень низкого содержания воды в них, и с другой стороны из-за их пористости по сравнению с пористостью блоков бокситовой породы.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕМУЩЕСТВА

Более того, изобретение прекрасно позиционируется в контексте устойчивого развития и безотходной экономики, связанной с оптимальной утилизацией отходов в существующих инструментальных приспособлениях, экономичностью природных ресурсов, а также снижением тоннажа отходов, поступающих на полигон.

В соответствии с изобретением производитель в производстве минеральной ваты найдет несколько экологических преимуществ.

Он использует меньшее количество природного сырьевого материала бокситного типа. Он находит решение для переработки и утилизации определенных отходов своего производства, а именно чугуна и сопутствующего шлака. Он перерабатывает внешние отходы, тем самым улучшая свой экологический баланс. Он уменьшает его потребление энергии, тем самым улучшая свой экологический баланс. Он уменьшает свое потребление энергии с более низкой точкой плавления при улучшении продуктивности и надежности своей продукции, в частности, путем исключения нерасплавившихся продуктов.

По сравнению с обычной пирометаллургией для переработки катализаторов, величина используемой загрузки значительно ниже: кокса, известняка, ферросилиция, магнезии, железных руд. Экономии также получаются на печных электродах, на огнеупорных материалах для печей, а также на потреблении электроэнергии. Кроме того, это исключает токсичные реагенты, потребление воды, сточные воды, содержащие следы металлов, а также твердые отходы.

Как уже понятно из вышесказанного, способ в соответствии с изобретением предлагает многочисленные технические, экономические и экологические преимущества.

ЛУЧШАЯ ПЕРЕРАБОТКА МЕТАЛЛОВ В ОТРАБОТАННЫХ КАТАЛИЗАТОРАХ И/ИЛИ АДСОРБЕНТАХ

Что касается переработки катализаторов (например, HDT катализаторов), изобретение в идеале и непосредственно (в загрузке, как таковой) использует неорганические вещества, содержащиеся в катализаторах. В том же самом технологическом этапе извлекают металлы (например, Ni, Co, Mo, W, V), содержавшиеся в катализаторах и/или адсорбентах, извлекают в чугун, произведенный со скоростью восстановления, которая существенно улучшается на несколько % относительно существующих пирометаллургических маршрутов для переработки этих же самых катализаторов.

Что касается "пирометаллургического" маршрута переработки, изобретение имеет главное преимущество, так как оно является прямым, без добавления конкретных загрузочных материалов (кокса, железных руд, ферросилиция, известняка, магнезии, электрической энергии и т.д.), без затрат труда, без капитальных затрат для плавления и без подвергания шлаков доработке и транспортировке для переработки с помощью маршрута минеральной ваты или цементного завода.

Что касается маршрута "гидрометаллургической" переработки, изобретение имеет главное преимущество, поскольку оно является прямым, без добавления токсичного выщелачивающего агента, без затрат труда, без капитальных затрат для выщелачивания (резервуар, смеситель, хранилище токсичных продуктов, трубопроводная сеть, фильтрпресс, оснащение инструментами), без жидких отходов и без нерастворимого побочного продукта, который необходимо удалять. Кроме того, количества Ni и Co модифицированы, причем эти металлы не извлекаются в гидрометаллургическом маршруте.

Общий прирост для устройства по переработке катализатора может быть порядка 2300 к€/год при выходе 50 кт/год минеральной ваты и 3750 т/год переработанных катализаторов.

Эти отработанные катализаторы и/или адсорбенты представляют собой добавки более высокого качества, чем добавки из известного уровня техники для производства минеральной ваты.

Неорганическая фаза, содержащаяся в катализаторах, имеет высокую пористость. Таким образом, он имеет очень хорошую плавкость и растворимость в расплавленной минеральной фракции. Это сравнимо с оксидом алюминия бокситного или корундового типа, который заведомо труден для расплавления с опасностью нерасплавившихся продуктов, вызывающих проблемы или в вагранке, или браки продукции, такие как не расплавившиеся шарики в минеральной вате.

Производитель, таким образом, имеет замену сырьевого материала более высокого качества, чем сырьевые материалы традиционных загрузок. Он находит тот же самый уровень черных металлов, извлекаемых с катализаторами, как с бокситом или тому подобным. До настоящего времени операторы вагранок для плавления скальных пород мало использовали что-либо из фосфористого чугуна, который они производили. Таким образом, с помощью изобретения они находят образцовый путь утилизации.

Резюмируя сказанное, изобретение состоит в замене сырьевого материала, а именно боксита, содержащего оксид алюминия в форме гидроксида алюминия Al(OH)₃, поэтому содержащей воду состава на типичном уровне от 10 до 30%, катализаторами и/или адсорбентами, содержащими неорганическую фазу, богатую оксидом алюминия, предпочтительно в виде сухого оксида алюминия (как определено выше) и пористого, а также для определенных катализаторов, содержащего мощный плавень, такой как фосфор.

Поскольку содержание оксида алюминия катализаторов и/или адсорбентов больше, чем содержание оксида алюминия боксита, для идентичной коррекции оксида алюминия в минеральной вате будет использоваться меньше загрузочного материала, что также дает преимущества с точки зрения доставки, хранения, транспортировки, объема и продуктивности. Кроме того, поскольку катализаторы и/или адсорбенты содержат меньше воды, чем содержит боксит, меньше требуется кокса для плавления в случае катализаторов. Фактически, в способах известного уровня техники, основанных на использовании боксита, доля кокса служит для испарения воды, содержащейся в боксите.

Точнее, что касается количества используемого катализатора и/или адсорбента, следует отметить, что содержание оксида алюминия (в форме гидроксида алюминия) в боксите составляет от 48 до 60%, хотя содержание оксида алюминия (в форме Al₂O₃) в катализаторах гидрообработки составляет от 60 до 90% и в катализаторах типа FCC оно заключается между 45% и 80%. Следовательно, при замене боксита катализаторами, и для того же самого количества оксида алюминия, требуемого для производства минеральной ваты, количество в кг загружаемых катализаторов будет ниже, чем для боксита. Как правило, обычно для катализаторов HDS, загрузка материала будет составлять от 10 до менее 50%, а для катализаторов FCC загрузка материала будет составлять от 1 до менее 25%, для идентичной коррекции оксида алюминия с загрузкой типа боксита.

Что касается количеств кокса, для обычного потребления кокса от 120 до 200 кг на тонну шлака уменьшение потребления кокса с использованием катализаторов вместо боксита для идентичной коррекции оксида алюминия варьируется между 3% и 16%, когда используют вагранку для минеральной ваты в качестве плавильной печи. В случае электропечи с дугой, проходящей через шихту, для обычного потребления электроэнергии от 800 до 1200 кВт/ч на тонну шлака, снижение потребления энергии с использованием катализаторов вместо боксита для идентичной коррекции оксида алюминия варьируется от 2% до 10%.

Другим основным признаком изобретения является то, что оно использует отработанные катализаторы, т.е. отходы, которые в идеале должны быть переработаны. В настоящее время определенные катализаторы теперь перерабатывают, а другие поступают на полигон. Изобретение позволяет перерабатывать гораздо больше катализаторов в гораздо более широком диапазоне химического состава, чем в существующем уровне техники.

Изобретение относится к способу получения минеральной ваты и чугуна путем плавления смеси материалов, таких как базальт, доменный шлак, кокс и компонентов, необходимых для плавления, с добавкой, содержащей оксид алюминия, позволяющей регулировать содержание алюминия для получения минеральной ваты, имеющей следующий состав (в вес.%): Al₂O₃: 18-22; SiO₂: 40-50; CaO: 10-15; MgO: <10; FeO <2; Na₂O <4; K₂O <2. Способ включает в себя следующие операции: получение путем плавления шлака и чугуна, разделение шлака и чугуна, а также осуществление операции волокнообразования на шлаке с последующей операцией связывания для получения минеральной ваты. Согласно изобретению, по меньшей мере, один отработанный адсорбент и/или катализатор используют как добавку, причем упомянутый катализатор содержит оксид алюминия в форме Al₂O₃. Упомянутый адсорбент и/или катализатор предпочтительно содержит, по меньшей мере, один металл из группы Ni, Co, Mo, W и V, при этом упомянутый металл извлекается в чугун. Технический результат изобретения – получение в одну пирометаллургическую стадию шлака для производства минеральной ваты и легированного чугуна товарного качества. 14 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ получения одновременно, в одну пирометаллургическую стадию, минеральной ваты и чугуна путем плавления смеси материалов, таких как базальт, доменный шлак, кокс и компонентов, необходимых для плавления, с добавкой, содержащей оксид алюминия, причем упомянутая добавка позволяет регулировать содержание оксида алюминия для получения минеральной ваты, имеющей следующий состав (в вес.%): Al₂O₃: 18-22; SiO₂: 40-50; CaO: 10-15; MgO: <10; FeO <2; Na₂O <4; K₂O <2, способ типа, включающего операции получения шлака и чугуна путем плавления, разделения шлака и чугуна и подвергания шлака воздействию волокнообразующей операции, и, затем, связывание для получения минеральной ваты, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один отработанный катализатор и/или, по меньшей мере, один отработанный адсорбент используют в качестве добавки, причем упомянутый катализатор и/или адсорбент содержит оксид алюминия в форме Al₂O₃ и один или более металлических элементов, выбранных из группы, состоящей из Ni, Co, Mo, W и V, и

и тем, что извлекают чугун, содержащий указанные один или более металлических элементов, выбранных из группы, состоящей из Ni, Co, Mo, W и V.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутый катализатор и/или адсорбент содержит, по меньшей мере, один металл, и тем, что упомянутый металл извлекается в чугун.

3. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что добавка содержит один или более катализаторов и/или адсорбентов.

4. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что упомянутый катализатор и/или адсорбент содержит, по меньшей мере, один металл, выбранный из группы, состоящей из групп VB, VIB и VIIIB Периодической таблицы.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что катализатор и/или адсорбент содержит Ni и/или Co, и/или Mo, и/или W, и/или V.

6. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что упомянутый катализатор и/или адсорбент содержит фосфор.

7. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что плотность катализатора и/или адсорбента заключается между 0,5 и 1.

8. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что катализатор и/или адсорбент имеет общий объем пор между 0,2 и 0,9 мл/г и, чаще всего, между 0,3 и 0,7 мл/г.

9. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что удельная поверхность по методу БЭТ катализатора заключается между 20 и 400 м²/г и, чаще всего, между 100 и 300 м²/г, а удельная поверхность по методу БЭТ адсорбента заключается между 20 и 800 м²/г и, чаще всего, между 100 и 400 м²/г.

10. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что плавление происходит между 1250°C и 1600°C, предпочтительно от 1400 и 1500°C.

11. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что используют катализатор, имеющий содержание S от 2 до 5 вес.%.

12. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что в способе, перед тем, как загружают, упомянутый катализатор и/или адсорбент подвергают этапу отжига, для того чтобы уменьшить содержание S в нем до не более 5 вес.%.

13. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что добавка содержит упомянутый катализатор и/или адсорбент наряду с бокситом.

14. Способ по одному из пп.1-12, отличающийся тем, что добавка состоит из боксита и из упомянутых катализатора и/или адсорбента.

15. Способ по одному из пп.1-12, отличающийся тем, что добавка состоит из упомянутых катализатора и/или адсорбента.