Шихта для вельцевания Советский патент 1992 года по МПК C22B19/38 

Изобретение относится к металлургии цветных металлов и может быть использовано при пирометаллургической переработке цинксодержащих окисленных материалов.

Известные составы шихт для вельцева- ния цинксодержащих шлаков включают добавки извести и известняка и имеют следующий состав, %: 1. шлак 58, известь 13, твердый углеродистый восстановитель 29; 2 шлак 26, известняк 31, твердый углеродистый восстановитель 43.

Указанные составы шихт не позволяют получить клинкер, обладающий вяжущими свойствами, и использовать его как строительный материал. При этом снижается производительность по цинку из-за большого количества перерабатываемого известняка (извести).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является шихта, содержащая следующие компоненты, мас.%: легкоплавкий цинксодержащий шлак 45- 68; высокоосновная цинксодержзщая руда 525; твердый углеродистый восстановитель остальное.

Однако в результате вельцевания шихт такого состава получается клинкер, представляющий собой смесь оксидов железа, кальция, кремния, непрореагировавшего коксика.

Клинкер, имеющий такой фазовый состав, не обладает вяжущими свойствами. Вяжущие свойства придают двухкальцие- вый силикат (бели г) и трехкальциевый силикат (алит), которые образуются при непосредственном контакте карбоната кальция и кремнезема руды (шлака) только при 1400-1500°С, а температура, при которой протекает вельцевание (1150-1250°С), недостаточна для получения указанных силикатов.

Поэтому клинкер, получаемый по изве- ci ному способу, не может быть использован как цементная добавка при производстве строительных работ и ввиду своей экологической вредности он требует строительства полигонов для захоронения.

to

XJ

ы

СП

Цель изобретения - снижение затрат и защита окружающей среды.

Поставленная цель достигается тем, что известная шихта, включающая легкоплавкий цинксодержащий шлак, углеродистый восстановитель и кальцийсодержащий материал, в качестве последнего содержит хвосты от очистки сточных вод при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Легкоплавкий цинксодержащий шлак32-46

Хвосты от очистки сточных

вод28-40

Твердый углеродистый

восстановительОстальное

Хвосты от очистки сточных вод, например цинкового производства, представляют собой отвальный продукт, который вследствие своей экологической вредности требует утилизации.

Характеристика хвостов следующая: состав, мас.%: цинк 5-20; кадмий 0,2-0,5; кальций 15-30 (в том числе в форме фторида 0,5-1,2, остальное в виде карбоната); железо 2-10; оксид алюминия 2-5; содержание фракции (-0,074 мм) 100%; запасы - около 90 тыс, т, ежегодное увеличение запасов 5-10 тыс. т,

Наличие в шихте вельцевания хвостов от очистки сточных вод приводит к следующему.

По мере продвижения шихты по длине трубчатой печи от загрузочного конца в сторону разгрузки в зоне температур 720- 750°С фторид кальция и карбонат кальция,, содержащиеся в хвостах, вступают во взаимодействие по реакциям

7СаСОз CaF;

7СаСОз+СаР2 -

7СаСОз CaF2 - Ly7CaOCaF2+7C02.

При продвижении в процессе вращения печи материала в зону температур 890- 950°С 7CaO-CaF2 реагируют с новыми порциями карбоната кальция хвостов шихты с образованием 4CaCO7CaO-CaF2. При 975°С указанное новообразование плавится.

Легкоплавкий шлак, содержащийся в шихте, в зависимости от состава плавится в интервале температур 1000-1100°С.

Контакт в печи расплавленного, содержащего кремнезем (более 20%), шлака с

расплавленной составляющей хвостов (обеспечивает протекание реакции: 4СаСОз 7СаО-СзР2+45Ю2 шлака S 11 CaOv CaF2-4Si02+4C02. В зоне температур 1050- 1100°С полученное соединение разлагается

на алит (трехкальциевый силикат) и белит ( / -двухкальциевый силикат) по реакции 11СаО CaFr4Si02- 3(3CaOSi02)+2CaOx xSi02+CaF2.

Алит и белит - основные компоненты

цемента, придающие ему вяжущие свойства. Их доля в цементе 50-90%. Полученный клинкер близок по составу к цементу (сумма элита и белита 45-50%) и обладает вяжущими свойствами.

Состав предлагаемой шихты определен экспериментальным путем и обусловлен получением клинкера, обладающего вяжущими свойствами, пригодного для использования в строительных работах, например,

для производства шлакоблоков, закладки для горнорудных предприятий.

При использовании шихт, имеющих в своем составе менее 28% хвостов, в клинкере остается свободный оксид кальция, что

приводит к частичной потере его вяжущих свойств,

При использовании шихт, содержащих более 40% хвостов, получаемый клинкер имеет более низкие вяжущие свойства,

склонен к саморзссыпанию. Кроме того, на футеровке печи не образуется защитная обмазка, предохраняющая футеровку от разрушения.

Пример. Проводят вельцевание шихт

известного и предлагаемого составов на вельцпечи длиной 41 м и диаметром 2,6 м (табл. 1).

Состав исходных компонентов шихт следующий, мас.%:

Использование: пирометаллургическая переработка цинксодержащих окисленных материалов. Сущность: шихта содержит легкоплавкий цинксодержащий шлак, твердый углеродистый восстановитель и в качестве кальцийсодержащего материала хвосты от очистки сточных вод при следующем соотношении компонентов, мас.%: легкоплавкий цинксодержащий шлак 32-46; хвосты от очистки сточных вод 24-40; восстановитель остальное. 2 табл,

Цинк

Свинец Железо Кальций Оксид Фторид Оксид

алюми- кальция кремния ния

Легкоплавкий шлак

11,8

2,1

Хвосты очистки

сточных вод15,90,12,325,291

Цинковая ПУДЯ9,Ь0,214,811,82,9

12,4

0,05

22,3

321,4

Н/об5,1

Состав шихт для вальцевания дан в табл. 1.

В зоне формирования клинкера температура 100-115°С. Проводят пирометаллур- гическую переработку шихт 1-6, в которых содержание хвостов изменяется от 25 до 42%, в том числе фторида кальция от 0,03 до 1,46%.

Клинкер, полученный в результате пи- рометаллургической переработки шихт, подвергается испытаниям на определение вяжущих свойств.

Клинкер размололи до крупности 0,08 мм (остаток на сите 008 не более 15%), далее для определения прочности на сжатие изготовили балочки размером 40x40x160 мм из раствора клинкера с песком состава 1:3 по массе (твердеющая смесь) и вода (40% от массы клинкера). Балочки выдерживают в форме под водой в течение 1 сут. Далее их расформовывали и хранили в воде в течение 27 сут. Через 28 сут с момента изготовления испытывали на сжатие с применением гидравлического пресса.

Влияние хвостов очистки сточных вод на процесс переработки легкоплавких шлаков дано в табл. 2.

Как видно из табл. 2, при работе на шихте 5 качество клинкера как вяжущего снижается (прочность падает с 242-307 до 235 кг/см2), и при этом несколько растет доля твердого восстанови геля с 26-28 до 30% (табл. 1).

Пирометаллургическая переработка с использованием шихты 1 характеризуется снижением прочности клинкера как аяжу- щего с 242-307 до 184 кг/см , причем на указанной шихте больше потери цинка с клинкером.

Сравнение предлагаемого состава шихт с известным (см, табл. 2) показывает, что при пирометаллургической переработке известной шихты получается клинкер,.не обладающий вяжущими свойствами, при испытании образец клинкера не твердеет, а рассыпается. Кроме того, потери цинка с клинкером выше 0,6% против (0,3-0,4)%.

Использование предлагаемого состава шихты для вельцевания по сравнению с известным обеспечивает следующие преимущества: получается товарный клинкер, обладающий вяжущими свойствами (прочность на сжатие образца 242-307 кг/см2), что позволяет его использовать как цементную добавку в строительных работах и как закладку при заполнении горных выработок, что исключает расходы на захоронение, снижаются потери цинка с клинкером с 0,6 до 0,3-0,4%, а извлечение в возгоны повышается с 92,5 до 96-97%.

Формула изобретения Шихта для вельцевания, содержащая легкоплавкий цинксодержащий шлак, твердый углеродистый восстановитель и каль- цийсодержащий материал, отличающаяся тем, что, с целью снижения затрат и защиты окружающей среды, шихта в качестве кальцийсодержащего материала содержит хвосты от очистки сточных вод при следующем соотношении компонентов, мас,%:

Легкоплавкий цинксодержащий шлак32-46 Хвосты от очистки сточных вод28-40 Твердый углеродистый восстановитель Остальное

Т а б л и ц а 1

Таблица2