Способ грануляции шлаков Советский патент 1983 года по МПК C04B5/02 C21B3/06 

Изобретение относится к переработке шлаков, образующихся в металлургических, химических, энергетических и других производствах.

Известны способы первичной переработки (например грануляции) шлаков путем обработки шлакового расплава водой с последующим разделением водно-шлаковой смеси и повторным испольЗованием отделенной воды для рбработ и шлакового расплава Cl 3. Наиболее близким по технической, сущности и достигаемому результату к изобретению является способ, согласно которому шлаковый, расплав обрабатывают водой, содержащей соединения типа окись и карбонат кальци твердые продукты шлакопереработки сепарируют от воды и в воду, повтор но подаваемую на грануляцию шлака, добавляют соединения - окись и карбо нат кальция С 2. Однако известные способы первично переработки шлаков характеризуются относительно низким качеством Образующихся продуктов шлакопереработки (граншлака) в качестве исходного сырья для производства стройматериалов что обусловлено низким содержанием в них активных компонентов, в частности гипса. В связи с этим при последующей переработке к граншлакам приходится добавлять активирующие добавки (тонкоизмельченный гипс, высущенные сульфит-сульфат-карбонаткальциевые продукты очистки газов от окислов серы), что, в свою оче. редь, усложняет переработку и удорожает получаемые продукты. Кроме того существующие способы переработки шла ков не позволяют использовать сульфат- сульфит- карбонат -кальциевые шламы, образующиеся в больших количествах, в частнрсти, при очистке газов от сернистых-соединений, нейтрализации кислых вод и др. , в связи с чем возникает проблема захоронения шламов. Целью изобретения является повышение прочности на сжатие и уменьшение выделения сероводорода при переработке готового продукта. Поставленная цель достигается тем что согласно способу грануляции шлаков, включающему приготовление водного раствора соединений кальция, окиси и карбоната, обработку шлаково го расплава водным раствором, последующее отделение воды и продуктов

шлакопереработки, при приготовлении водного раствора в воду вводят шлам, содержащий, мае.%:

CaCog-hMgCO,10-30

СаПОд- lH O+CaSOg2.Il2.0+f.l6SO,- Н,0 60-80

,Остальное

при весовом соотношении шлака и твердой фазы шлама (5-20) :1 и концентрации твердой фазы в шламе 100-300 г/л. Для предотвращения накопления мелких фракций шлака и шлама в оборотной воде шлакопереработки часть отделенной от шлама воды в количестве 10-20% от общего объема воды, направляемой на обработку шлакового расплава, фильтруют через слой частично обезвоженного шлакового продукта . Введение в воду, подаваемую на обработку шлакового расплава, шлама, содержащего 10-30% карбонатов кальция и.магния и 60-80% сульфата и сульфита кальция при весовом соотношении шлака и твердой фазы шлама (5-20) :1 повышает коэффициент качества гранулированного шлака как сырья для производства стройматериалов, что обеспечивается активирующим действием твердой фазы шламов, представленных в основном мелкими частицами, среднегармонический диаметр которых составляет около 10 мкм при использовании в качестве реагента для улавливания сернистых соединений известг няка и менее 5 мкм при использовании извести и мела. При этом тонкие частицы шлама сорбируются крупными пористыми частицами продуктов шлакопереработки. Кроме того, введение шламов указанного состава и соотношения позволяет получить продукты шлакопереработки оптимального состава по содержанию в нем карбонатов кальция и магния, а также сульфата и сульфита кальция. Уменьшение добавки шлама менее 5 по отношению к весу шлака уменьшает эффект добавки, а увеличение расхода шлама более 20 к весу шлака приводит к содержанию карбонатных и сульфатсульфитных соединений кальция и магния выше оптимальных пределов. Как показали экспериментальные исследования, оптимальная концентрация твердой фазы в шламе находится в пределах 100-300 г/л. При изменении концентрации твердой фазы б шламе ниже указанных пределов может происходить переполнение водного цик ла шлакопереработки. Увеличение концентрации твердой фазы в шламе свыше 300 г/л требует специальных мероприятий по предварительному сгущению шлама, а также приводит к быстрому накоплению мелких фракций шлама в оборотном цикле шлакопереработки. Благодаря непрерывной фильтрации через слой частично обезвоженного шлака части отделенной от шлака воды в количестве 10-20 от общего объема воды, направляемой на обработку шлакового расплава,предотвращается нако ление тонких (порядка 1 мкм и мельче) фракций шлака и шлама в оборотной воде шлакопереработки. Как показали эксперименты, для улавливания практически всех тонких фракций достаточно поддерживать толщину слоя шлака не менее 0, м при скорости подачи воды на фильтрацию 2-6 м /ч на 1 м горизонтального сечения слоя При этогч большему значению расхода воды на фильтрацию должна соответствовать большая высота слоя шлака. В этом случае наблюдается минимальное примерно постоянное количество мелких фракций, не задерживаемых слоем шлака и приходящих с фильтруемой водои. При увеличении скорости фильтрации воды свыше 6 м возможен проскок повышенных количеств мелких фракций твердой фазы (при высоте слоя шлака в пределах Ot5 л при расходе воды менее 2 м потребуется слишком большая поверхность фильтрации. Согласно изобретению, в воду, содержащую щелочные соединения, перед подачей на обработку шлакового расплава вводят шлам, содержащий 100300 г/л твердой фазы следующего химического состава: CaCO +MgCOj 10-30 вес.; CaS04.2n.O+CaSO 2ll,j. +MgSO,j4I,0 60-80 вес.; +прочие соединения - остальное до 100. На практике содержание кремнезема, глинозема и прочих примесей к шламу обусловлено содержанием этих примесей в природных карбонатах (известняке, меле, доломите, мраморе, ракушечнике и т.п.) и получаемой на их основе извести и, как правило, колеблется в пределах нескольких про центов (обычно не более 5-6 мас.). Таким образом, наиболее реальной (часто встречающейся) композицией твердой фазы шлама можно считать; карбонаты+сульфаты+сульфиты кальция и магния 90-95 оес.% (с учетом кристаллогидрат ной воды); оксиды кремния и алюминия + прочие соединения 5-10 вес.%. Как показали детальные исследования с применением известняка, мела, доломита, мрамора, ракушечника разных месторождений страны (Донбасса, Кузбасса, Урала, Казахстана, Причерноморья и Приазовья), различные в содержании кремнезема, глинозема и других примесей в этих природных карбонатах не оказывают существенного влияния на химический состав шламов и их активизирующую способность. П р и м е р.. Расплав кислого доменного шлака с температурой обрабатывают оборотной водой, в которую добавляют шлам известняковой очистки (карбонат-сульфит-сульфаТкальциевый) , содержащий (CaO-eigO) 301; (CaSO 2Ha.O+CaS04 2IL 0+MgSO3 H,0) и (0102 +А12 а +прочие) 6% с концентрацией твердой фазы в шламе 150 г/л, что соответствует плотности шлама при 1,1 г/мл (после разбавления в оборотной воде концентрация тоердой фазы составляла 15 г/л) Водно-шлаковую пульпу из приемного бункера насосом перекачивают в обезвоживающие бункеры, где происходит отделение шлака от воды.. Обезвоженный шлак отправляют на склад к потребителям, а осветленную в отстойниках оборотного цикла воду снова подают на обработку (грануляцию.) шлака, дозируя в ней шлам сероочистки. Во избежание накопления в оборотной воде тонких фракций шлама и шла-, ка, часть осветленной воды в количестве около 15% от общего объема циркулирующей воды периодически (в промежутки между сливами шлака) подают в 6безво : ивающий бункер, где фильтруют ее через слой частично обезвоженного шлака толщиной не менее 0,5 м при скорости подачи воды около 3 м /ч в расчете на 1 м поперечной площади бункера, заполненной шлаком. Вода, профильтрованная через спой шлака, содержит около 0,2 г/л твердой взвеси. Полученный продукт - гранулированный шлак, содержит около Э СаО (в том числе 0,6 карбонатного СаО), 0,5% Ге20-,и 2,2% серы общей (в том числе 1,2% серы в виде гипса). $102 В результате переработки по описанной технологии содержание СаО в продукте (гранулированном шлаке) возросло на 2,2%, содержание серы - на 1,2% (в основном за счет гипса), что заметно повышает качество гранулированного шлака как исходного сырья для производства стройматериалов (в том числе цемена по сравнению спереработкой шлака по известной технологии. 0 По описанной в примере технологии получен гранулированный шлак, активность которого оценивали по механической прочности на сжатие образцов, изготовленных из граншлака крупностью до 5 мм (размер образцов .16 см). Результаты испытания приведены в табл. 1 и 2. Таблица 1

Граншлак, полученный при обра ботке шлакоаого расплава оборотной водой с добавкой суспензии карбонат-сульфат-сульфит- кальциевого шлама (в оборотную воду цикла гранулирования)

Граншлак, полученный при обработке шлакового расплава водой, содержащей 1 вес.% Са(ОН). (известный способ)

Показатели

30 30 30 30 10 15 20

В парогазовой смеси обнаружены следы сероводорода

В парогазовой смеси обнаружены следы сероводорода , при увлажении высушенного граншлака выделяется сероводород

Таблица2

6 6 6 6 5 5 5

156 163 178 172 15 173 172

1028620

Таким образом, применение предлагаемого способа переработки шлаков обеспечивает повышение качества шлакового продукта как исходного сырья для производства стройматериалов, дает возможность рационально утилизи роват ь су л ьфат - сул ьфи т - ка рбонат кальциевые шламы, в больших количествах образующихся при санитарной очистке отходящих газов от сернистых соединений, нейтрализации кислых вод и других процессах, предотвращает накопление тонких фракций шлака и шлама в оборотной воде шлакопереработки.

Все эти преимущества достигаются без существенных реконструкций, на существующем оборудовании шлакопере. 8 Продолжение табл. 2

рабатывающих.установок, которые дополнительно оснащают только трубопроводом для перекачивания шлама и автоматическим дозатором расхода илама.

Кроме того, наличие в воде, подаваемой на обработку шлакового расплава , карбонат-сульфат-сульфит-кальциевого шлама уменьшает, выделение токсичного сероводорода в газовую фазу, а утилизация шлама в качестве активизирующей добавки к шлаку.позволяет увеличить выход сырья для производства стройматериалов и исключить большие затраты на захоронение отходов очистки газов от сернистых соединений и нейтрализации кислых вод.