Способ удаления цинка из состава цинксодержащих отходов электрометаллургии Российский патент 2023 года по МПК C22B19/30 C22B7/02 C22B1/24 C22B1/244 C22B1/245 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам переработки отходов металлургического производства, и может быть использовано в переработке цинксодержащей пыли электродуговых печей.

К отходам 4 класса можно отнести шлам, который образуется в печи после выплавки стали. В элементном составе данного типа пыли находятся оксиды различных элементов, а по структуре он является мелкодисперсным порошком. Результатом этого загрязнения является негативное влияние на здоровье населения, рост заболеваемости сердечно сосудистой системы, также снижается продолжительность жизни. На сегодняшний день данный тип отходов практически полностью идет в отвалы и шламонакопители. Это связано с высоким содержанием цинка в составе образца.

Аналоги разрабатываемой технологии могут быть поделены на две категории: гидрометаллургические (выщелачивание с применение серной кислоты или гидроксида натрия) и пирометаллургические (обработку пылей с применением восстановителей при высоких температурах). Эффективность удаления цинка гидрометаллургическим способом не превышает 90%.

Пирометаллургические процессы, которые также включают применение восстановителей различной природы, могут быть классифицированы как процессы 2 типа. В качестве примеров процессов второго типа могут быть рассмотрены процесс вельцевания, а также различные зарубежные технологии, такие как FASTMET, FASTMELT, Oxycup, PRIMUS, PaulWurth и др. Главный принцип рассматриваемых процессов заключается в проведении термообработки при высоких температурах, что сопровождается восстановлением цинкосодержащих соединений углеродом, входящим в состав шихты, и последующей возгонкой цинка, а также удалением паров. Данные методы имеют ряд недостатков, которые ограничивают возможность применения и широкой реализации:

- значительный удельный расход восстановителя

- высокий износ огнеупорной футеровки металлургических агрегатов, вызванный процессами возгонки цинка

- изменение сечения трубопроводов, вызванное процессами конденсации паров цинка.

Известен способ переработки цинксодержащих пылей электродуговых печей (RU 2653394 С1, опублик. 08.05.2018 г.), в котором пыли ЭДП смешивают с известняком в количестве, обеспечивающем добавку оксида кальция 70-110% от содержания оксида железа в пылях, и коксика в количестве 1-2% к весу пыли. Полученная шихта поступает на окатывание в тарельчатый гранулятор, в который подается вода для обеспечения влажности гранул 12-14%. Гранулы загружаются в вельц-печь. Вельцевание ведут при температуре в реакционной зоне 900-1000°С.Клинкер из печи выгружается с последующей транспортировкой на выщелачивание цинка.

Недостатками данного способа являются многостадийность, требующая дальнейшее выщелачивание цинка; высокий расход оксида кальция в количестве 70-110% от содержания оксида железа; температура процесса, достигающая значения в 1000°С.

Известен способ переработки пыли металлургического производства (RU 2450065 С2, опублик. 10.05.2012 г.). Данный процесс проходит многостадийно, на первой стадии происходит окускование пыли с добавлением углеродистого восстановителя, после чего окускованные материалы сушатся. Полученный образцы нагреваются и обжигаются, происходит восстановление и возгон цинка в газовую фазу. При окусковании пыли в шихту добавляется материал основного состава с содержанием MgO не менее 70%, дополнительно, совместно с окускованным материалом, в печь загружают углеродистый восстановитель. Восстановительный обжиг полученных брикетов проводят при температуре 1200-1400°С.

Недостатками известного способа являются высокая температура процесса 1200-1400°С; многостадийсность процесса, включающая в себя окусковывание пыли и сушка полученных материалов; высокий расход углеродистого восстановителя.

Наиболее близким к заявляемому способу известным техническим решением является способ очистки от цинка и восстановления (металлизации) железа окисных отходов (RU 2240361 С2, опублик. 20.11.2004 г), включающий брикетирование отходов, нагрев их во вращающейся трубчатой печи с использованием в качестве восстановителя твердого углеродсодержащего вещества, дожигание печных газов, охлаждение и улавливание пыли, содержащей цинк. К цинкосодержащей смеси добавляют углеродосодержащий измельченный каменный или бурый уголь, после чего полученную смесь брикетируют. Брикеты подают в прямоточную трубчатую печь, отапливаемую со стороны загрузки топливокислородными горелками. Температура процесса 800-1000°С.

Недостатками известного способа являются отсутствие связующих добавок при изготовлении брикетов; неполное удаление цинка; многостадийность процесса.

Заявленный способ переработки цинкосодержащих отходов электрометаллургии имеет ряд преимуществ по сравнению с имеющимися аналогами, в частности - более полное удаление цинка с эффективностью 99%, что выше по сравнению с гидрометаллургическими методами, более низкую температуру процесса, не превышающую 800°С, что значительно ниже по сравнению с аналогичными технологиями. Дополнительные преимущества процесса будут достигнуты за счет возможности одностадийной реализации.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности извлечения цинка из отходов, а также повышение содержания железа с 34,9% до 78,6%.

Технический результат достигается следующим образом.

Способ удаления цинка из состава цинкосодержащих отходов электрометаллургии включает брикетирование отходов, нагрев их в реакторе трубчатой печи с использованием в качестве восстановителя водорода, возгон цинка в газовую фазу, охлаждение отходящих газов и газообразного цинка, причем брикетирование отходов осуществляют совместно с коксовой пылью в количестве 10% и связующим ЛСТ (лигносульфонат) в количестве 3% от массы цинкосодержащего отхода, а нагрев брикетов в трубчатой печи производят при температуре 800°С, время выдержки 4 часа, скорость нагрева печи 20°С/мин.

Кроме того диаметр брикетов не должен превышать 50 мм.

Влажность водорода, применяемого для металлизации цинкосодержащих пылей электросталеплавильного производства не должна превышать 2%.

Прочность на сжатие брикетированной цинкосодержащей пыли электросталеплавильного производства должна составлять не менее 3 МПа.

Влажность материала при изготовлении лабораторных брикетов должна составлять 13-14%.

Пример.

Взяли 20 грамм цинкосодержащего отхода, добавили к нему 10% (2 г) коксовой пыли, к смеси также добавили 3% связующего ЛСТ (0,6 г). В исходном образце содержание Zn составляет 17,5%, содержание Fe 34,9%. К полученному образцу добавляется вода, в количестве 13% от массы навески (3 мл). На следующем этапе производится брикетирование на гидравлическом прессе, давление на сжатие составляет 5 МПа. Диаметр полученных брикетов составляет 3 см. Брикетированный образец помещается в реактор трубчатой печи, который непрерывно продувается газом восстановителем - водородом. Расход водорода составляет 50 л/ч. Температурный режим печи выглядит следующим образом: скорость нагрева 20°С/мин до 800°С, после этого происходит выдержка в течение 4 часов. Цинк, перешедший в газовую фазу, под потоком газа восстановителя попадет в систему улавливания, которая включается в себя водоохлаждаемый контур, в котором происходит дальнейшая конденсация цинка. В восстановленном образце содержание Zn составляет 0%, а содержание Fe 78%.

Изобретение относится к переработке отходов металлургического производства, и может быть использовано в переработке цинксодержащей пыли электродуговых печей. Удаление цинка из состава цинксодержащих отходов электрометаллургии включает брикетирование отходов, нагрев их в реакторе трубчатой печи с использованием в качестве восстановителя водорода, возгон цинка в газовую фазу, охлаждение отходящих газов и газообразного цинка. Брикетирование отходов осуществляют совместно с коксовой пылью в количестве 10% и связующим лигносульфонатом (ЛСТ) в количестве 3% от массы цинксодержащего отхода. Нагрев брикетов в трубчатой печи производят при температуре 800°С, время выдержки 4 ч, скорость нагрева печи 20°С/мин. Способ обеспечивает повышение эффективности извлечения цинка из отходов, а также повышение содержания железа с 34,9 до 78,6%. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.

1. Способ удаления цинка из состава цинксодержащих отходов электрометаллургии, включающий брикетирование отходов, нагрев их в реакторе трубчатой печи с использованием в качестве восстановителя водорода, возгон цинка в газовую фазу, охлаждение отходящих газов и газообразного цинка, отличающийся тем, что брикетирование отходов осуществляют совместно с коксовой пылью в количестве 10% и связующим лигносульфонатом (ЛСТ) в количестве 3% от массы цинксодержащих отходов, а нагрев брикетов в трубчатой печи производят при температуре 800°С, время выдержки 4 ч, скорость нагрева печи 20°С/мин.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что диаметр брикетов не должен превышать 50 мм.