CC BY
149
Baydimirov Murat Akbulatovich - undergraduate student of ferrous metallurgy and foundry department, South Ural State University, Chelyabinsk, Russia. E-mail: mur_murych@mail.ru.
Abstract. The usage of high-carbon ferrochromium slag as refractory materials.
Keywords: Dust and gas purification, high-carbon ferrochrome slag, refractory, liquid glass.
♦ ♦ ♦
УДК 669.054.83:621.928.8
Шатохин И.М., Бигеев В.А., Кузьмин В.Л., Черняев А.А., Амангельдиев Н.М., Зупаров Н.С.
ТЕХНОЛОГИЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ПРОДУКТОВ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ШЛАКОВ И ШЛАМОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАГНИТНОЙ СЕПАРАЦИИ
Аннотация. Металлургические отходы в виде шлаков и железоцинксодержащих шламов и пылей можно отнести к техногенному железорудному сырью, Их утилизация позволит снизить потребление природных ресурсов. Кроме того, дополнительную прибыль от переработки этих отходов можно получить благодаря наличию в них цинка. Для этого предлагается использовать технологию переработки, при которой помимо восстановления железа происходит эффективное улавливание паров цинка.
Ключевые слова: цинксодержащие материалы, шлак, шлам, пыль, магнитная сепарация, корольки, оксидный магнитный продукт, немагнитный продукт.
Актуальность утилизации отходов черной и цветной металлургии безусловна. При этом существующие и предлагаемые способы не обеспечивают в полной мере решение существующих проблем. Особые трудности имеются при переработке шламов и пылей, уловленных в доменном и сталеплавильном производствах. Во-первых, в них имеется значительное содержание цинка (от 0,8 до 10% и более), что серьезно затрудняет утилизацию этих материалов в доменных печах. Во-вторых, шламы и пыли плохо окусковываются и при дальнейшей переработке активно разрушаются, особенно в восстановительных условиях [1-3].
Процессы восстановления цинксодержащих материалов можно описать следующими реакциями: Fe2Oз + С = 2FeO + СО Fe2Oз + СО = 2FeO + СО2 FeO + С = Fe + СО FeO + СО = Fe + СО2 ZnO + СО = Zn + СО2 ZnO + С = Zn + СО В Магнитогорске на протяжении ряда лет проводят совместные исследования коллективы НТПФ «Эталон» и кафедры металлургии черных металлов ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный университет им. Г.И.Носова». В данном направлении предлагается совместная комплексная утилизация шлаков и шламов доменного и сталеплавильного производств. Здесь можно выделить два принципиальных момента [4, 5]:
- во-первых, используется физическое тепло доменных или конвертерных шлаков. Это позволяет в
© Шатохин И.М., Бигеев В.А., Кузьмин В.Л., Черняев А.А., Амангельдиев Н.М., Зупаров Н.С., 2016
полтора-два раза уменьшить общий расход условного топлива;
- во-вторых, основные химические реакции и тепловые процессы осуществляются в оригинальных погружных реакторах с внутренним разряжением. Таким образом обеспечивается слой вспененного шлака, эффективно ассимилирующий пылевидные частицы шламовой моношихты. Кроме того, создаются благоприятные условия для испарения восстановленного цинка, сдвигается равновесие соответствующей реакции.
Возможны два варианта реализации технологий, в первом случае используется жидкая фаза в шлаковом ковше (чаше), во втором - создается специальный подовый агрегат. Первый вариант привлекает своей простотой, но потребует обязательной полномасштабной переработки шлака с разделением продуктов процесса. Второй обеспечит разделение продуктов по ходу процессов, но потребует гораздо больших капитальных затрат [6-12].
Более подробно остановимся на первом варианте. Проведенные расчеты для условий ОАО «ММК» показали перспективу предлагаемой технологии в сравнении, например с процессом «Ромелт» (см. таблицу).
Предварительный анализ показывает, что, в нашем случае степень восстановления железа может колебаться примерно от 50 до 90%. Восстановление и испарение цинка превысит 95%. Образующийся металл будет иметь химический состав, соответствующий чугуну. Выявлены явные преимущества удельной энергоёмкости металлопродукции в предлагаемом процессе. Так, расход условного топлива вдвое ниже, чем в процессе «Ромелт», а также в качестве дутья применяется не обогащенный кислородом воздух.
Основные показатели утилизации металлургических шламов и шлаков
Показатель Процесс РОМЕЛТ, смесь доменного, Доменный шлам + конвертерный шлак Конвертерный шлам+пыль ЭСПЦ + конвертерный шлак ММК
конвертерного и шламов ДСА ММК ММК
Степень металлизации, % 90 90 90
Производительность по переработке шламов, т/ч (т/год) 79,2 25,0 25,0
Использование конвертерного шлака, т/ч - 75,0 75,0
Выход металлической фазы, т/ч 36 30,1 29,4
Выход шлака, т/ч 11,4 61,6 58,12
Выход цинкового продукта, кг/т металлической фазы нет св. 9,13 65.4
Удельные расходы на тонну металлической фазы: - Уголь, т 0,664 0,095 0,178
- коксовый газ, м3 - 455,1 428,7
- расход условного топлива, т у.т. 0,738 370,3 444,4
- технологический кислород, м3 - сжатый воздух, м3 865 нет св. 4517,98 4636,09
- флюсы, т 0,056 - -
Степень обогащения дутья, % 55 21 21
Степень дожигания, % 69 100 100
Состав шлака, %:
FeO нет св. 7,52 7,29
SiO 36,1 19,16 17,54
ДЮз 14,3 1,95 1,60
СаО 36,1 56,37 57,23
МдО МпО 6,6 0,55 14,12 0,035 15,20 0,116
ТЮ2 1,32 нет св. нет св.
СаО/ SiO2 1,0 2,94 3,26
Совместными усилиями с НТПФ «Эталон» в лаборатории кафедры металлургии черных металлов ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г.И.Носова» была создана экспериментальная установка для проверки принципиальных основ технологии.
Исходная шихтовая смесь металлургического шлама и коксовой мелочи соотношением 3: 1 загружается в бункер шихты. Производится расплавление шлака массой 20-25 кг в графитовом тигле индукционной печи ИП 006 до температуры 1400-1450 0С. Далее включается компрессор, подается воздушное дутьё и производится опускание реакционной камеры в шлаковый расплав до обеспечения шлакового затвора. Включается эксгаустер, после чего увеличивается расход дутья и начинается подача в расплав моношихты. Ручным насосом подается вода для орошения внутреннего объема скруббера. Спустя 4-5 мин после отдачи всей шихтовой смеси выключается эксгаустер, уменьшается до минимума подача воздуха, поднимается и отводится в сторону погружная камера. Выключается подача воздуха и нагрев печи, расплав выпускается из печи в изложницу. Под скруббер устанавливается пустая емкость и сливается вода с продуктами возгонки. Подготавливаются и передаются в лабораторию пробы обработанного расплава и
продуктов возгонки.
Исследования возможности и эффективности разделения продуктов комплексной переработки металлургических шлаков и шламов проводились в лабораторных условиях кафедры обогащения полезных ископаемых ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г.И.Носова». Был использован способ переработки металлургических шлаков, включающий дробление шлака, классификацию по крупности, выделение металла грохочением и магнитную сепарацию.
Переработка шлакометаллического конгломерата массой 25-30 кг заключается в предварительном грохочении и отделении негабаритных кусков шлака, двухстадийном дроблении с последующей магнитной сепарацией и грохочением с получением готовых продуктов - магнитного продукта с высоким содержанием железа и немагнитного продукта.
Исследования методом сухой магнитной сепарации выполнены на лабораторном магнитном сепараторе барабанного типа ЕАЖИ.684.126.272 с верхней подачей материала.
Продукт, подлежащий сепарации, подается во входное отверстие в верхней части крышки. Под воздействием магнитного поля сепаратора магнитный продукт притягивается к поверхности обечайки и пе-
ремещается вместе с ней. При выходе из зоны действия магнитного поля магнитный продукт опадает в короб магнитной фракции. Для разгрузки сильномагнитных частиц с поверхности обечайки на ней установлены поперечные выносные планки. Немагнитный продукт движется по естественной траектории падения и падает в короб немагнитной фракции.
Принципы разделения шлакометаллического конгломерата в дальнейшем могут использоваться в промышленных условиях. Методика экспериментов и опытная установка совершенствуются.
Испытания переработки доменных шлака и шлама показали, что:
1. Шлаковая пена в разряженном пространстве (остаточное давление 0,1-0,9 МПа) успешно ассимилирует пылевидные материалы.
2. Восстановленное железо быстро науглероживается (до 4,5-5,1% углерода) и застывает в шлаковой ванне в виде сферических корольков диаметром до 30 мм и общей массой 400-600 г.
3. Содержание серы в металле находится на удовлетворительном уровне - 0,027-0,031%.
4. Оксидный магнитный продукт составляет 3050% от массы слитка, содержит 64,3-73,5% железа и менее 0,1% цинка.
5. Содержание цинка в уловленном на опытной установке шламе составляет 35-42%.
Список литературы
1. Бигеев В.А., Черняев А.А., Пантелеев А.В. Исследование двухстадийного способа переработки пылей и шламов с помощью математических моделей // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2014. №3. С. 48-52.
2. Переработка мелкозернистых отходов металлургического производства с получением гранулированного чугуна и
Сведения об авторах
извлечением цинка / Панишев Н.В., Бигеев В.А., Черняев А.А., Пантелеев А.В. // Теория и технология металлургического производства. 2014. № 2(15). С. 101-105.
3. Металлизация доменных шламов с удалением цинка / Никифиров Б.А., Бигеев В.А., Сибагатуллин С.К., Панишев Н.В., Ушеров А.И., Пантелеев А.В. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2005. №2. С. 23-25.
4. Панишев Н.В., Бигеев В.А., Черняев А.А. Переработка мелкозернистых отходов металлургического производства с получением гранулированного чугуна и извлечением цинка // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им Г.И. Носова. 2013. № 4. С. 26 - 29.
5. Черняев А.А. Особенности процесса переработки металлургических цинксодержащих шламов // Сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции «Современные направления прикладных исследований '2011». Одесса: Черноморье, 2011. Т. 7. С. 88-90.
6. Хайдуков В.П., Мамаев А.Н., Серяков Н.И. Комплексная схема утилизации цинксодержащих шламов конвертерного производства // Сталь. 2007. № 7. С. 120-122.
7. Поведение цинка в доменных печах / Щукин Ю.П., Марусевский Б.А., Рыбаков Б.П. и др. // Сталь. 1992. № 3. С. 8-12.
8. Мишин В.Д., Смирнов В.И., Фокин В.В. Извлечение цинка из пыли доменных печей // Цветная металлургия. 1958. № 10. С. 16-20.
9. Мишин В.Д., Фокин В.В., Тихонов А.И. Комплексная переработка доменных шламов // Цветная металлургия. 1960. № 20. С. 47-50.
10. Блинкова Е.В., Елисеев Е.И. Обесцинкование шламов доменных печей // Цветная металлургия. 2004. № 8. С. 2-6.
11. Утилизация пылей и шламов в черной металлургии / Толочко А.И., Славин В.И., Супрун Ю.М. и др. Челябинск: Металлургия. Челяб. отд-ние, 1990. 152 с.
12. Тациенко П.А. Промышленная технология вовлечения в производство цинксодержащих доменных и сталеплавильных шламов // Обогащение руд. 2005. № 1. С. 42-44.
Шатохин Игорь Михайлович - генеральный директор НТПФ «Эталон», Магнитогорск, Россия. Тел.: 8(3519) 49-91-95 Бигеев Вахит Абдрашитович - д-р техн. наук, проф. кафедры металлургии черных металлов института металлургии, машиностроения и материалообработки, ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Магнитогорск, Россия. E-mail: v.bigeev11@yandex.ru
Кузьмин Александр Леонидович - канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник НТПФ «Эталон», Магнитогорск, Россия. Тел.: 8 (3519) 49-91-78
Черняев Александр Александрович - канд. техн. наук, ведущий инженер-программист ЗАО «ММК - Информсер-вис», Магнитогорск, Россия. Тел.: 8-902-890-29-06
Амангельдиев Нурлан Маратович - магистрант кафедры металлургии черных металлов института металлургии, машиностроения и материалообработки, ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Магнитогорск, Россия. E-mail: nurik-9393@mail.ru
Зупаров Нурсултан Сандыбаевич - магистрант кафедры металлургии черных металлов института металлургии, машиностроения и материалообработки, ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Магнитогорск, Россия. E-mail: nursik.007@mail.ru
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
TECHNOLOGY DIVISION PRODUCT OF COMPLEX PROCESSING OF METALLURGICAL SLAG AND SLUDGE USING MAGNETIC SEPARATION
Shatohin Igor Mikhailovich - CEO STPP "Etalon", Magnitogorsk, Russia. Phone: 8 (3519) 49-91-95
Bigeev Vahit Abdrashitovich - D.Sc. (Eng.), Professor of ferrous metallurgy department of the Institute of metallurgy, machine building and material processing, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia. E-mail: v.bigeev11@yandex.ru
Kuzmin Aleksandr Leonidovich - Ph.D. (Eng.), a leading STPP "Etalon" researcher, Magnitogorsk, Russia. Phone: 8(3519) 49-91-78
Chernyaev Alexander Aleksandrovich - Ph.D. (Eng.), Senior Software Engineer of JSC "MMK - Informservis", Magnitogorsk, Russia. Phone: 8-902-890-29-06
Amangeldiyev Nurlan Maratovich - undergraduate student of ferrous metallurgy department of the Institute of metallurgy, machine building and material processing, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia. E-mail: nurik-9393@mail.ru
Zuparov Nursultan Sandybaevich - undergraduate student of ferrous metallurgy department of the Institute of metallurgy, machine building and material processing, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia. E-mail: nursik.007@mail.ru
Abstract. Metallurgical waste in the form of slag and zhelezotsinksoderzhaschih sludge and dusts can be attributed to anthropogenic iron ore raw materials, recycling will reduce the consumption of natural resources. In addition, the extra profits from the processing of these wastes can be obtained due to the presence in them of zinc. For this proposed use of processing technology in which in addition to iron reduction is effectively capture zinc vapor.
Keywords: zinc containing materials, slag, sludge, dust, magnetic separation, blood oranges, magnetic oxide product, the nonmagnetic product.
♦ ♦ ♦
УДК 669.053
Ахтамов Ф.Э., Нишонов Б. У.
К ВОПРОСУ ПЕРЕРАБОТКИ ЦИНКОВЫХ КЕКОВ
Аннотация. В статье рассмотрены технологии переработки цинкового кека и приведены недостатки существующей технологии. Представлены результаты исследования термопарообработки и процесса сернокислотного выщелачивания термопарообработанного продукта, целью которого является доизвлечение цинка и ряда цветных металлов. Рассмотрены разнообразные схемы выщелачивание термопарообработанного цинкового кека. Изучены влияние различных факторов (температура, концентрация кислоты, продолжительность выщелачивания, плотность пульпы и т.д.) на степени извлечение металлов в раствор, найдены оптимальные условия его проведения.
Ключевые слова: кек, обжиг, минералы, феррит, выщелачивание, сернокислотный раствор, сульфид, вельцевание, восстановление, термопарообработка.
В настоящее время в мировой практике применяют пирометаллургические и гидрометаллургические способы переработки цинковых кеков. Пирометаллургические методы переработки кеков отличаются большим разнообразием и основаны главным образом на реакциях восстановления оксида и ферритов цинка с помощью углеродистых восстановителей при относительно высоких температурах, возгонке цинка, свинца, редких металлов и окислении возгонов в газовой фазе.
Наибольшее распространение среди пирометал-лургических методов переработки цинковых кеков получил процесс вельцевания (восстановительно-
© Ахтамов Ф.Э., Нишонов Б. У., 2016
возгоночный обжиг) при температуре 1100—13000С с добавкой кокса в количестве 35^45% от массы перерабатываемого материала. При этом получают цинковые возгоны и клинкер - остаток от вельцевания, который, в свою очередь, содержит много ценных компонентов. Цинковые возгоны возвращаются обратно в процесс сернокислотного выщелачивания.
Недостатками вельцпроцесса являются:
- большой расход дорогого и дефицитного кокса;
- необходимость высоких температур для протекания процесса;
- нерешенность вопросов извлечения других ценных компонентов, таких как Аи, Ag, РЬ, Си, Fe и др., из-за отсутствия рациональной технологии пере-
