Способ переработки цинксодержащих отходов металлургического производства Советский патент 1990 года по МПК F23G7/00 

Изобретение относится к переработке цинк соде ржаю,их отходов - шламов и гщлей мокрых и сухих газоочисток доменного, сталеплавильного и элек- тросталеплавильНого производств и Может быть использовано в черной и цветной металлургии.

Цель изобретения - интенсификация процессов восстановления-и возгонки цинка, экономии твердого топлива - восстановителя, повышение степени обёсцинкования отходов и обеспечения возможности получения из них товарного железосодержащего продукта - сырья для доменного и сталеплавильного производств. Сущность способа состоит в том, что цинксодержащий шлам сгущают, обезвоживают и высушивают до содержания влаги в нём 6-10 мас.%, после

31

чего добавляют обезвоженные масло- окалиносодержащие отходы прокатного производства в соотношении О,1-0, к массе цинксодержащих отходов,.затем к цинксодержащим отходам добавляют отходы обжига доломита или отходы производства извести или карбида кальция в соотношении 0,03-0,15 :1 к массе цинксодержащих отходов, полученную смесь обрабатывают продуктами .сжигания природного газа или топливной фракции перегонки жидких обезвоженных маслоотходов прокатного Производства с коэффициентом расхода воздуха 0,5-0,9 и температурой 1150-1450 с при разрежении в системе 15-160 Па и температуре отходящих продуктов обработки 450-700 С.

Приведенная последовательность операций позволяет создать оптимальные условия для полного удаления соединений цинка и других вредных компонентов (например, соединения свинца и других цветных металлов) из цинксодержащих отходов металлургического производства .и получить окускованный железосодержащий продукт,, который можно непосредственно использоватЬ;. минуя аглофабрику, в доменном или сталеплавильном производствах, например.,5 в качестве же- лезофлюса в конвертерном производстве стали.

Такая подготовка способствует образованию сьгаучей гомогенной массы смеси цинксодержащих отходов металлургического производства, масло- окалиносодержащих отходов прокатного производства и отходов обжига доломита или о .гходов производства извести или карбида кальция, использованию вместо дорогостоящего и дефицитного твердого топлива-восстановителя (кокс, уголь) жидко.го углеродсо- держаю,его восстановителя из отходов, проведению с более высокой скоростью процессов восстановителя и возгонки цинка.из отходов с повьшенным содержанием оксидов .железа, более высокой степени извлечения (обесцинкования) из отходов цинка .и других вредных примесей (например, свинец, кадмий, сера), более высокой степени металлизации (восстановление оксидов железа до свободного металла), получению товарного железосодержащего продукта - сырья для доменного и стале- плавильного производств.

0197

4

Сгущение, обезвоживаний и высушивание шлама до содержания в нам влаги 6-10 мас.% позволяют при смешивании с маслоокалиносодержащими от- ходами прокатного производства и отходами обжига доломита или отходами производства извести или карбида кальция в предложенных соотношениях разQ мельчить шлам и получить равномерную по крупности и фазовому составу отдельных кусков смесь; создают оптимальную поверхность контакта цинксодержащих отходов с жидким восстано вителем (органическими соединениями отработанных масел) и отходами обжига доломита или отходами производства извести или карбида кальция , что способствует значительному повышению

Q степени обесцинкования отходов и обеспечивает возможность получения из отходов окускованного товарного железосо держалке го продукта.

Добавление к цинксодержащим отхо5 дам о безвоженных маслоокалиносодер- жащих отходов прокатного производства в соотношении 0,1-0,5:1 к массе цинксодержащих отходов способствует увеличению поверхности контакта цинк- содержащих отходов с восстановителем (уг..перодсодержа1. ще соединения жид- ких масел и продукты их пиролиза), что позволяет повысить скорость вое- сТанов.пения и возгона цинка и сте-. пень обесцинкования отходов, а ;так5 же экономить твердое топливо-восста- . новитель.

Добавление к цинксодержащим отходам отходов обжига доломита или отходов производства извести или карбида кальция в соотношении 0,03- 0,15:1 вызывает разложение трудно- восстановимых соединений цинка (фер- ритов, силикатов, сульфидов и др.) с выделением оксидов цинка и железа, повышает температуру плавления смеси, в результате чего в зоне восстановления металла не образуется оплавленного материала, что способствует увеличению скорости восстановления и возгонки цинка из отходов и повышение степени их обесцинкования. Кроме того, добавки в указанном

соотношении позволяют получить КО

нечный железосодержащий продукт в виде окускованной массы с металлургическими свойствами, соответств ующими современным требованиям, предъявляемыми

к железосодержащему сырью для доменного и сталеплавильного производства

Обработка полученной продуктами сжигания природного газа и или топливной фракции перегонки жидких обезвоженных маслоотходов прокатного производства с коэффициентом расхода воздуха 0,5-0,9 и температурой 1150-1450 С вызывает практически полное восстановление железа из его оксидов, создает благоприяФ- ные условия для пиролиза масел смеси отходов с образованием восстановителей, в основном, оксида углерода и водорода, что способствует увеличению скорости восстановления цинка и его возгонки и степени обесцинко- вания отходов.

Разрежение в системе (в зоне восстановления цинка из его соединений) в интервале 15-160 Па позволяет совмещать процессы восстановления оксидов железа и соединений цинка до свободных металлов и возгонки цинка, создают оптимальные условия для пол- ного удаления из .зоны восстановления паров цинка с минимальным пылеуносом

Температура отходящих продуктов обработки в интервале 450-700 С обеспечивает оптимальное время восстановления цинка и железа из их соединений, т.е. процессы метаялотермического восстановления идут одновременно в отсутствие оплавления материала, что .повышает степень обесцинкова- ния отходов.

Высушивание шлама до содержания в нем влаги менее 6 мас.% приводит . к плохому разрыхлению кусков шлама в процессе смешения его с замасленными отходами прокатного производства и отходами обжига доломита или отходами производства извести или. карбида кальция, к ограничению поверхности их контакта с жидким (неравномерная пропитка цинксодер- жащих отходов отработанными маслами) и газообразным (обходящие продукты - сжигания топлива) восстанозителе м. При высушивании шлама до содержания влаги .в нем .более 10% образуется рыхлая влажная масса, которая плохо смешивается с маслоокалиносодержащими отходами, а в зону восстановления металлов проникает избыток .влаги.

Уменьшение соотношения смешиваемых цинксодержащих и маслоокалиносо- держащих отходов менее 0,1:1 ведет

0

5

к невозможности обесцинкования, а I увеличение более 0,5:1 - к плохому смешива1 ию отхрдов, к невозможности получения равномерной по крупности и фазовому составу смеси.

Уменьшение соотношения смешиваемых цинксодержании: отходов и отходов обжига доломита или отходов пролз- водства извести или карбида кальция менее 0,03:1 ведет к невозможности восстановления фика из его трудно- восстановимых соединений, вызывает высокие перепады температур в слое смеси отходов, оплавление поверхности отдельных частиц смеси, увеличение более 0,15:1 - к уменьшению прочности получаемого железосодержащего продукта, степени спекания смеси пос0 ле обесцинкования.

При коэффициенте расхода воздуха менее 0,5 в продуктах сжигания топлива углеродсодержащие восстановители присутствуют в виде твердого углеро5 да (сажи), что ведет к ограниченной поверхности контакта цинксодержащих отходов с восстановителем, в результате чего снижается степень восстановления оксидов железа до свободного металла (уменьшается степень металлизации отходов) и вследствие этого уменьшается скорость восстановления и возгонки цинка. При увеличении коэффициента расхода воздуха более О,9 в продуктах сжигания топлива присутств,тот свободный кислород и углекислота, которые замедляют процессы пиролиза масел (вызывают их горение) в смеси .отходов, восстановления и возгонки цинка (идет процесс обратного окисления паров ) и восстановления оксидов железа до свободного металла,

температ уре продукта сжигания топлива менее 1150°С количество теплоты недостаточно для пиролиза масел в смеси отходов и протекания процессов восстановления и возгонки Д111ка. При увеличении температуры более 145()°С процессы восстановления оксидов железа и тшавления смеси отходов опережают процесс восстановления И возгонки цинка.

Снижение разрежения в системе менее 15 Па ведет к нарушению контакта продуктов сжигания топлива с массой смеси отходоЕ, в результате чего из-за недостатка тепла значительная часть соединений цинка не восстанав0

5

0

5

0

5

ливается. Кроме того, из-за низкой скорости отсоса продуктов обработки невозможно удаление паров цинка из зоны восстановления. .Повышение разрежения более 1бО-Па также приводит к нарушению контакта продуктов сжигния топлива с массой смеси отходов, вследствие их быстрого выноса из зоны восстановления, что приводит к нвозможности обесцинкования отходов.

При температуре отходящих продуктов обработки смеси отходов менее 450 С зона металлотермического восстановления смещается к выходу про- из печи, -что вызывает недоста ток времени для восстановления .и возгонки цинка; при температуре выше 700°С - наоборот,, зона.восстановления- смещается ко входу печи (к загрузке смеси), что приводит к увеличению времени восстановления, а это, в свою очередь, вызывает прежде-, временное расплавление смеси отходов, к образованию настьшей на фу- теровке печи.

Способ осуществляют .следующим образом.

Цинксодержащие шламы металлургического производства после мокрой газоочистки осветляют и сгущают в одном из радиальных отстойников оборотного цикла до содержания твердого в пульпе 400-500 г/л, сгущенную пульпу классифицируют в спиральном классификаторе (например, 1КСН- 0,5) или в напорном гидроциклоне, чтобы максимальная крупность частиц твердой фазы шлама, поступающего на обезвоживание, не превышала О,25 мм После чего пульпу обезвоживают на ва куум-фильсгре (например, Ду 68-2,5) или ленточном фильтре (например, ЛЧ- 0,5-8-1) с получением осадка влажностью 25-30%, Обезвоженный осадок ленточным конвейером транспортируют в сушильное отделение. Сушку шламов осз ествляют термическим способом в сушильном барабане до содержания в них влаги 6-10%. Обогрев рабочего пространства сушильного барабана ведут дымовыми газами из топки, установленной перед барабаном, в которой сжигают газообразное или жидкое топливо.

Жидкие-маслоотходы и шлам из вто- ричных отстойников маслрсодержащих сточных вод прокатного производства загружают в два отдельных бака ос

0

0

с 5

0

0

5

нащенных мешалками с обогревом, нагревают при атмосферном давлении до 100 С и выдерживают до прекращения интенсивного выделения паров воды, после чего температуру поднимают до 120 С и продукты выдерживают до полного прекращения выделения пара. Обезвоженные жидкие маслоотходы в центробежном сепараторе, например в сепараторе типа СРГ (или центрифуге), разделяют на осадок (механические примеси, асфальтрсмолистые вещества, кокс, сажа и другие твердые органические примеси) и фугат (смесь жидких углеводородов). Фугат подвергают фракционной перегонке под вакуумом (0,5-4,0 КПа)-до 370°С в кубе для вакуумной отгонки, оснащенном электронагревателями, вакуум-насосом и конденсатором. Фракцию, вьжипающую до 200 С, используют как жидкое топливо, а фракции, выкипающие при температуре 200-370°, - в качестве товарных масел.

Высушенный шлам или пыль сухих газоочисток, или колошниковую пыль, или их смесь ленточньм транспортером подадот в загрузочный бункер двух- вального быстроходного смесителя (например, СМС-95) ипи лопастного двухвального смесителя (например, СЛ-32), и к отходам добавляют обезвоженные маслоокалиносодержащие шлам или смесь шлама,..осадка после сепа- . рации, или центрифугирования жидких обезвоженных маслоотходов и кубового остатка фракционной перегонки фугата или жидкие обезвоженные маслоотхо- да в соотношении 0,1-0,5:1 к массе цинксодержащих отходов, смесь тщательно перемешивают, до образования однородной массы, после чего ее перемещают во второй такого же типа смеситель, куда добавляют отходы обжига доломита или отходы производства извести или карбида кальция в соотношении 0,03-0,15:1 к массе цинксодержащих отходов и также тщательно перемешивают до получения гомогенной .ыпучей массы. Смесь загружают во вращающуюся цилиндрическую горизонтальную печь и обрабатывают противотоком продуктами сжигания в циклонной печи природного газа или топлив- ной фракции перегонки ; идких обезво- | женных маслоотходов с коэффициентом расхода воздуха 0,,9 и температурой 1150-1450 С при разрежении в сие15

20

25

.16101

теме (во вращающейся печи) 15-160 ГТа, которое создают отсосом из печи отходящих газов дымососом, и .соответствующей температуре отходящих продуктов обработки в пределах 450-700 с, которую поддерживают путем регулирования расхода отходов и отходящих продуктов сжигания топлива в топке. Газообразные продукты обработки смеси отходов, содержащие восстановители (оксид углерода и водород) и цинка (и др. цветных металлов) отводят в дожигающее устройство, где кислородом воздуха окисляют цинк. Образовавшийся оксид цинка (возгоны) улавливают в газоочистке.

11инк со держащий продукт используют в качестве исходного сьфья для получения цинка в цветной металлургии, а -окускованный железосодержащий продукт как исходное сырье - в доменном производстве или в качестве железо- флюса в конвертерном производстве стали.

П р и м е р. Подготовке к пере- рабртке по предлагаемому способу подвергают цинксодержащие отходы металлургического производства - шла- мы и пыли или их смеси доменного, конвертерного, мартеновского и электросталеплавильного (ЭСПП) производства, содержащие (в пересчете на твердую фазу), мае Л: цинк и общее железо, соответственно, 2-25 и 37-46 доменный шлам; 2-10 и 50-59 конвертерный шлам; 3,5-15 и 51-60 мартеновский шлам; 2-16 и 30-55 шлам ЭСПП; 2-25 и 39-46 пыль домен- нмх печей; 3-20 и 49-60 конв&ртер- ная пыль; 5-20 и 52-70 мартеновская пьшь.

В качестве обезвоженных маслоока- иноеодержаишх отходов используют обезвоженный маслоокалиносодержащий шлам, содержащий 25-77 мас.% масел и 23-75 мас.% окалины, или жидкие обезвоженные маслоотходы, содержащие 92-95 мас.% масел и 5-8 мас.% окаины или смесь маслоокалиносодержа- щего шлама, осадка после сепарации или центрифугирования жидких обезвоженных маслоотходов и кубового остатка фракционной перегонки фугата. Отходы обжига доломита представяют собой мелкодисперсную пыль бежевого цвета. В-состав отходов вхоят следующие основные компоненты, ас.%; СаО 30-46; MgO 19-35; SiOg.

- (О

30

35

40

45

50

55

5

20

25

01

1,4-5,5; карбонаты кальция и магния 12,0-28,0; сумма других окислов (,;, ,, , ) 1,2-5,5. - В состав отходов производства извести (пьшь после печей обжига известняка) входят следующие компоненты,мас.%: СаО 66,8-72,5; MgO 2,3-2,4; карботаны 8,1-22,8; SiO 0,3-4,9; О сумма других оксидов (Fe О,, , , ) 2-10,2.

Отходы производства карблда каль-. ция состоят из карбидной пыли и карбидного ила. Качественный и количественный анализ показал, что отходы характеризуются следующим составом, мас.%; 1) карбидная пыль СаС2 4,3- 60; СаО 40,1-44,3; MgO 5,8-8,5; SiO- до 8,7; , , 6,7; С до 12,5; Са(ОН)2. + Mg(OH)2 до 30; 2) карбидный ил Са(ОН)г (пушонка) до 95; Mg(OH)2.. 2-5; , MgO, СаО, СаСО, остальное.

Примеры приготовления смесей отходов и обработки их при соотношениях параметров в предлагаемых пределах приведены в табл. 1 (примеры 2-22). В табл. 2 представлены результаты определения скорости восстановления цинка и отгонки его возгонов (средней по массе, мас.%/мин) и анализов гранулометрического состава (содержание фракций (Ф) более 10; 10-5; 5-0,5; 0,5-0 мм, %), основных физико-механических и металлургических свойств: прочность на раздавливание, кг/образец; общая пористость (, %); газопроницаемость (перепад даплення восстановленного газа в слое ДР, %) слоя; степень металлизации () получаемого железосодержащего окускован- ного продукта (содержание, мас.%; 697-93,3; Гед,,67,3-91,7; Zn следы).

При изучении (примеры 2-22) физи- ко-меха}1ических и металлургических свойств получаемого из цинксодержащих отходов железосодержащего продукта установлено, что он обладает высокой прочностью на раздавливание и после испытаний п барабане при незначительной истираемости (выход фракции 0,5- 0 мм составляет до 0,3%), высокой газопроницаемостью, оптимальной пористостью и высокой степенью метал- . лизации (96,6-98,3%). Содержание в продукте фракций 10 мм и 10-5 мм (преимухцественно 25-10 мм) составляет 97,8-99,7%. Полученный продукт по фи30

35

40

5

0

5

111

. - Jf .

зико-механичесжим и металлургическим свойствам, химическому и гранулометрическому составам удовлетворяет современным требованиям, предъявляемым к товарному железосодержащему сь5рью, используемому в доменном и сталеплавильном производствах.

Указанные вьппе запредельные значения признаков вызывают значитель- нов снижение скорости восстановления и возгонки цинка, степени обесцинко- вания и ведут к невозможности получения товарного железосодержащего продукта (примеры 23-50).

При использовании полученного товарного железосодержащего продукта в доменном производстве каждые 10% металлизации обеспечивают снижение koKca на 8-9% и прирост производи- тельности печи на 6-8%,

Реализация предлагаемого способа позволяет интенсифицировать процессы восстановления и возгонки цинка, повысить степень обесцинкования отходо и обеспечить возможность получения товарного продукта, используемого в качестве сырья в доменном и сталеплавильном производствах.

Формула изобретения

Способ переработки цинксодержа- щих отходов металлургического произ

j

0

5

0

12 97

водства, включающий смешивание отхо- .дов с углеродсодержащим восстановителем, противоточную обработку полученной смеси продуктами сжигания газообразного или жидкого топлива, отгонку цинка и улавливание возгонов с получением оксида цинка, о т л и- ча ющийся тем, что, с целью интенсификации процессов восстановления и возгонки цинка, экономии твердого топлива-восстановителя, по- вьшения степени обесцинкования отходов и обеспечения получения товарного железосодержащего продукта, цинксодержащий шлам сгущают, обезвоживают и высушивают до содержания влаги в нем 6-10 мас.%, к цинк- содержащим отходам добавляют обезво- женные маслоокалиносодержащие отходы прокатного производства .и отходы обжига доломита или отходы производства извести или карбида кальция в ко личествах соответственно 0,1-0,5 и 0,03-0,15 мае.ч. на 1 мае.ч. отходов, а обработку смеси продуктами сжигания природного газа или топливной фракции перегонки жидких обезвоженных . маслоотходов прокатного производства с коэффициентом расхода воздуха 0,5-0,9 и температурой 1150-1 . ведут при разрежении в системе 15- 160 Па и температуре отходящих продуктов обработки 450-700°С.

Таблица 1

Изобретение относится к переработке цинксодержащих отходов - шламов и пылей мокрых и сухих газоочисток доменного, сталеплавильного и электросталеплавильного производств и может быть использовано в черной и цветной металлургии. Цель изобретения - интенсификация процессов восстановления и возгонки цинка, экономия твердого топлива-восстановителя, повышение степени обесцинкования отходов и обеспечение возможности получения из них товарного железосодержащего продукта - сырья для доменного и сталеплавильного производств. Шлам металлургического производства сгущают, обезвоживают на вакуум-фильтре и высушивают до содержания влаги 6-10 мас.%. К отходам добавляют обезвоженные маслоокалиносодержащие отходы прокатного производства в соотношении 0,1-0,5:1 к массе цинксодержащих отходов, затем добавляют отходы обжига доломита или отходы производства извести или карбида кальция. Полученную смесь загружают в печь и обрабатывают продуктами сжигания природного газа или топливной фракции перегонки жидких обезвоженных маслоотходов прокатного производства при температуре отходящих продуктов обработки 450-700°С. 1 табл.

Подготовку цинксодер5кащих отходов к утилизации ведут по изве- 0,5 стному способу

45,0

По способу-прототипу.

15

&

in

i

Д .

r-

|;cs s

I л tes01 IDcr

(5 t- n,чя

о уnк

S о 13 п} rt Сч (ij м tt w w ft

1 в М

§

о

s

§

Ое

W Е&

Щ

л ю

Е- л

о ю

о cti

&

о ю в я

1

« д

g-s

EH о

U S

tt се о о

и

л о

и U С fH

я fd 1 CJ LO г

W R & о .

it

Ш Ш m R P, о- H ff j W .

|;csss::: ;s.s;s §s s «sgSKS I s - s ° s о ° s s s я °E-i

о

Ci2- ;;i ;i$21; ° °o vocof

CSCNlCNJC fsJCMCSlCNCSlOJCNCNIrgtMr r r r CsicvItv

СЛ tn чО in in OO С - ч- fO О CM О О tsl-O ir

О t-i О Я К Ш

а о

«

«

S

Ш

л о,

3 СЧ)- (J Ш Ш Ш

i

EH. « - in (1

НО О О

о «« и п

о о о

Oinmr inOvccr

;tN|, О -СЧОГ СО -О

Г1«Р1 ЧЛ№ЧЙ,-

0000000000 00 00000 0000

VO tCTiinvOK-JOtMinvOr-.CO - 3-vC- - f icocor .- {XICVJ Ш1ЛШШ1П1П1П1П1П1П1П1П1Пи- 1ПШ1П-л

&

SS&o SSSgcg§5SSgS§§

о о о о о о о о о о о о о о о о о сГ

f Ш ON

СЧОЮСТ 1ПП |- )f р-СО1ПСТ 1Л -

а 00 г (

С1 - ЧС

ее о о о со

Ш

ч- - CS

C3OcOCOr r-.r-CX)OOiX COr OOOOI r- r r OO )- J-4f J- }-«3- j- j.

incMOOtn

nc, ОО -ОпО -счОООг-ОсМОчooooooooooooooooooooo

1610197

16

.„Я.. - ov 00 о S S S S: S: S S s: & sTs sf« s;Vs sT

°„° « ,.«i;0;r.-;0 O, ,- O. o r O,

« SSSSS SSS S S; S

.«.. «.. C, r CO en «. n CO

2:2i°-° iOooa.

... -. „«/ П,-. - MChcOfOvOCS-OO

, о о сГо о аГо о 7Го

-.-.-.-.-.o-...

r (

и л Ci « л

г Г-. r r i- i r Г-- f- r r i r

|;csss::: ;s.s;s §s s «sgSKS I s - s ° s о ° s s s я °

Ci2- ;;i ;i$21; ° °o vocof

CSCNlCNJC fsJCMCSlCNCSlOJCNCNIrgtMr r r r CsicvItvi

СЛ tn чО in in OO С - ч- fO О CM О О tsl-O ir

Oinmr

;tN|, О -СЧО

Г1«Р1 ЧЛ№ЧЙ,

0000000000 00 00000

vOK-JOtMinvOr-.CO - 3-vC- - f icocor {XICVJ 1ЛШШ1П1П1П1П1П1П1П1П1Пи- 1ПШ1П-л

SS&o SSSgcg§5SSgS§§ .

о о о о о о о о о о о о о о о о о сГ

f Ш ON

СЧОЮСТ 1ПП |- )f р-СО1ПСТ 1Л -

C3OcOCOr r-.r-CX)OOiX COr OOOOI r- r r OO )- J-4f J- }-«3- j- j.

incMOOtn

nc, ОО -ОпО -счОООг-ОсМОч