CC BY
94
ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ УТИЛИЗАЦИИ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ ШЛАМОВ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Ибраев Иршек Кажикаримович ТОО «Инновационный Евразийский университет »
Казахстан, г. Павлодар E-mail:ibraevik@yandex. ru
Ибраева Оразбике Токтархановна РГКП «Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова (Казахстан, г. Палодар E-mail: ibraevaot@yandex.ru
Аннотация. Данная статья посвящена вопросам утилизации отходов флотации угля (ОФУ) в технологиях металлургического производства. Разработаны технология обезвоживания высоковлажных ОФУ и способ окускования с получением углеминеральных брикетов, которые могут использоваться в качестве раскисляющей и рафинирующего флюса. Рассмотрены технологические параметры процесса агломерации при использовании (ОФУ) в качестве альтернативного заменителя коксовой мелочи.
Ключевые слова: отход флотации, обезвоживание, окускование,
утилизация, агломерация.
Исследование процессов обезвоживания отходов флотации угля известьсодержащими материалами
Отходы флотации угля обладают высокой дисперсностью, размокаемостью, способностью к набуханию и пр. В основном отходы флотации представлены частицами крупностью менее 74мкм. Комплексными минералопетрографическими анализами уставлено, что основным минерализующим компонентом отходов флотации является глинистое вещество (до 92%), в меньших количествах содержатся кварц и карбонаты. Содержание горючей массы (углерода) в отходах 35-50%. Содержание серы значительно ниже, чем в породе крупных классов. Преобладающее количество глинистого вещества во флотохвостах, по сравнению с другими углесодержащими отходами, делает их пластичным материалом.
Указанные свойства отходов затрудняют разделение фаз в процессе флотации и последующее обезвоживание получаемых продуктов до транспортабельного состояния, позволяющего удалять их с предприятия ленточными конвейерами, автомобильным или железнодорожным транспортом. Поэтому обезвоживание отходов флотации на углеобогатительных фабриках, вблизи которых имеются возможности для изъятия неиспользуемых или малоценных сельскохозяйственных земель, осуществляется в хвостохранилищах. Малая концентрация твердого вещества в пульпе и плохая осаждаемость требует длительных сроков эксплуатации этих сооружений до полной концентрации отходов и возможности их чистки для повторного использования.
Вся сложность в вопросах утилизации жидких отходов металлургического производства, к которым относятся флотоотходы, при мокрых процессах обогащения каменных углей заключается в мелкодисперсности и их повышенной влажности, что требует использование дорогостоящих и сложных систем предварительного обезвоживания и технологий подготовки.
В настоящее время предложен, опробован и внедрен в промышленную практику ряд технологических процессов переработки пылей и шламов в кондиционные материалы черной металлургии, зачастую с одновременным выделением цветных металлов [1-5, 6-9, 10]. При утилизации этих техногенных продуктов все большее распространение получают безобжиговые методы окускования, применение которых повышает эффективность переработки отходов. Ряд таких способов внедрен в промышленную практику [1-5].
Анализ этих и других публикаций показывает, что, все еще сохраняя приоритет в разработке теоретических и технологических основ безобжигового окускования, наша страна по-прежнему не имеет механизмов использования полученных научно-технических результатов в народном хозяйстве. Вместе с тем применительно к безобжиговому окускованию его кардинальные преимущества в сравнении с высокотемпературными методами (агломерация и обжиг окатышей) по основным технико-экономическим (себестоимость, капитальные и текущие затраты, энергопотребление, технологические топливные числа, др.) и экологическим показателям (3-5 кратное уменьшение степени загрязнения окружающей среды) показаны неоднократно, например в работах [11-17], и никем не оспорены.
При влажности 25-30 % водоотделение в отходах флотации почти пpекpащается и они пpиобpетают сыпучесть. В исследованиях исходили из условия получения в отходах флотации или их смесей влажности, необходимой для ноpмального бpикетиpования и утилизации в металлуpгическом пpоизводстве.
Твердение шламоизвестковой смеси является следствием физико-хими-
SCIENCE TIME
ческих процессов, протекающих в системе соль-вода, компонентами которых являютсяCaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3, H2O и др. соединения, содержащиеся в техногенных отходах производства.
Согласно коллоидно-химической теории твердения гидравлических вяжущих А.А. Байкова химические превращения, происходящие при
смешивании извести с шламом повышенной влажности могут выражены следующей реакцией:
ЗСаО ■ 8Ю2 + 4,5 Н20 = СаО ■ 8Ю2 ■ 2,5Н20 + 2Са(ОН)2 (1)
Однако кальциевый гидросиликат в воде весьма слабо растворим и долгое время остается в коллоидном состоянии, постепенно перекристаллизовывается, а затем уплотняется и упрочняется.
Явления, в результате которых цементное тесто приобретает связность и прочность и превращается в твердое монолитное тело, носят по мнению А.А. Байкова, чисто физико-механический характер. Химические процессы завершаются уже через несколько часов (не более суток) после взаимодействия вяжущего, в нашем случае пылевидной извести, с водой шлама с образованием непрочной рыхлой массы. Превращение ее в камневидное тело происходит в основном в течение следующих нескольких часов или дней за счет образования кристаллического сростка гидроокиси и гидросиликатов кальция. Период кристаллизации наиболее длителен и характеризуется незначительным выделением тепла.
При взаимодействии вяжущего, в нашем случае пылевидной извести, с водой шлама имеется так называемый подготовительный период, в котором происходит образование насыщенного раствора. Разогревание смеси в этот момент незначительно, так как процесс растворения эндотермичен. Лишь по достижению насыщения цементное тесто быстро разогревается за счет реакции гидратации.
В зависимости от условий (минералогического и дисперсного состава, начальной влажности шлама и скорости перемешивания) интенсивность и скорость гидратации меняется.
^оцесс химического обезвоживания отходов флотации пpотекает в кинетической области и хаpактеpизуется экзотеpмической pеакцией взаимодействия обезвоживающего компонента с водой с обpазованием гидpоксида кальция по pеакции (1) и сопpовождается повышением темпеpатуpы и скоpости обезвоживания.
Теплота, выделяемая в ^оцессе взаимодействия фаз, идет на испаpение влаги. Пpоисходит удаление основной массы влаги, сопpовождающееся pостом
скоpости обезвоживания и заканчивающееся пpи достижении максимальной темпеpатуpы смеси. Аналогичные pезультаты были установлены в pаботах, пpоведенных НПО "Тулачеpметм [5]. Экспеpименты по обезвоживанию пpоводились последовательно с изменением основного паpаметpа пpоцесса-исходной влажности отходов флотации (таблица 1).
Таблица 1
Результаты исследований по обезвоживанию отходов флотации известковой пылью
№ п.п. Состав смеси Исходная влажность, % Конечная влажность, % Скорость обезвоживания, %/ час Максимальная температура, 0С Время выхода на максимальную температуру, мин
Отходы флотации Извест- ковая пыль
і 1 0.5 15 12.6 1.2 82 5
2 1 1.0 15 7.0 2.7 і00 4
3 1 1.5 15 1.5 5.4 9і 2
4 1 2.0 15 1.2 6.9 83 2
5 1 0.5 20 9.0 5.5 60 8
6 1 1,0 20 7,5 6,3 90 7
7 1,0 1,5 20 3,8 10,8 і00 6
8 1,0 2,0 20 2,7 11,5 і08 5
9 1,0 0,5 25 11,3 6,9 6і 7
10 1,0 1,0 25 8,0 8,5 82 3
11 1,0 1,5 25 3,6 10,7 100 4
12 1,0 2.0 25 2.8 11.1 і00 5
13 1,0 0.5 30 11.4 9.3 64 8
14 1,0 1.0 30 7.2 11.4 99 1
і5 1,0 1.5 30 5.6 12.2 99 1
і6 1,0 2.0 30 3.8 10.5 і00 1
17 1,0 1.5 35 12.5 11.3 58 6
і8 1,0 1.0 35 13.2 10.9 59 5
і9 1,0 2.0 35 11.3 11.9 96 2
20 1,0 0.5 40 21.3 9.4 6і 4
2і 1 1.0 40 15.0 12.5 86 2
22 1 1.5 40 13.4 13.3 98 1
23 1 2.0 40 5.9 17.0 98 1
24 1 0.5 45 15.8 14.6 98 1
25 1 1.0 45 8.5 18.3 98 1
26 1 1.5 45 7.8 18.6 і08 1
Как видно из данных таблицы 1 максимальные значения темпеpатуpы наблюдались в течение пеpвых 5 минут после пеpемешивания и достигали 100 -108 0С в смесях с объемным соотношением 1:1.5, 1:2 (66,88 %). Динамика изменения темпеpатуpы смесей во вpемени показывает, что основная часть влаги испаpяется в течение пеpвых 5-10 минут и охлаждение до комнатной
температуры фиксировалось в среднем через 1,5 - 2 часа после перемешивания. Это связано с протеканием процесса в диффузионной области.
Из результатов экспериментов следует, что наиболее высокие скорости обезвоживания наблюдались при приготовлении смесей с объемным соотношением 1:1.5, 1:2, что объясняется бурным протеканием экзотермической реакции между активной СаО и водой шлама углеобогащения. Интенсивность процесса химического обезвоживания зависит от вида используемых обезвоживающих материалов, активности в них СаО, М^О, их фракционного состава, а также степени перемешивания основных компонентов, определяющейся максимальной областью соприкосновения реагирующих фаз.
Выборочно определены химические составы некоторых смесей, которые представленны в таблице 2. Данные химического состава определяют возможность использования флотоизвестковых смесей в металлургическом переделе, в частности в агломерационном и сталеплавильном производствах.
Оптимальным соотношением при смешивании исходных компонентов явились пропорции 1:1,5; 1:2, при которых получались саморассыпающиеся пылевидные смеси типа "мелкого песка". По результатам работ на Днепровском металлургическом комбинате, смеси с таким соотношением угле родсодержащего и известьсодержащего материалов можно успешно применять в конвертерной плавке [4].
Таблица 2
Химический состав флотоизвестковых смесей
Соотношение отхода флотации и извести Исходная влажность отходов флотации Собщ СаО SiO2 FeO MgO AL2O3 P2O5
1 0.5 20 32.85 22.59 16.99 1.50 0.56 6.96 0.085
1 1.0 20 25.67 32.12 12.84 1.06 0.58 5.29 0.080
1 1.5 20 22.50 42.70 11.19 1.03 0.50 4.48 0.073
1 2.0 20 17.30 44.15 7.83 0.81 0.52 3.08 0.066
1 0.5 25 30.35 23.05 18.66 1.63 0.74 6.70 0.096
1 1.0 25 25.90 33.22 14.38 1.16 0.62 5.60 0.082
1 1.5 25 22.67 41.14 12.74 1.28 0.66 4.98 0.082
1 2.0 25 21.39 37.22 12.13 0.63 0.89 4.54 0.080
1 0.5 30 32.94 19.20 17.62 1.60 0.72 7.21 0.105
1 1.0 30 23.99 39.03 12.98 1.19 0.51 4.70 0.076
1 1.5 30 22.84 34.68 11.96 1.11 0.61 4.89 0.105
1 2.0 30 21.25 46.37 10.52 1.02 0.43 4.14 0.071
При соотношении 1:1 получались смеси с более крупными частицами, типа "крупного песка". В смесях с соотношением 1:0,5 образовывались крупные
"комочки" размером около 10 мм (особенно в смесях с повышенной исходной влажностью отходов флотации), которые легко разрушались при механическом воздействии.
Все смеси не имели склонность к пылению. Это объясняется наличием в известковой пыли, кроме активных окислов СаО и М§О, глинистых составляющих: А12О3, БЮ2, которые образуют с СаО и М§О силикаты, алюминаты и кальция и магния. Эти соединения при соприкосновении с водой быстро твердеют на воздухе. Тепло, выделяющееся при реакции взаимодействия оксидов кальция и магния с водой, расходуется на испарение воды, что ускоряет высыхание массы.
Установленные характеристики процесса химического обезвоживания отходов флотации пылевидной известью могут послужить основой технологии подготовки их к утилизации на АО "Арселор Миттал Темиртау", в частности к производству из них брикетов.
Исследование процессов окускования отходов флотации угля и подбор приемлемых связующих
Известен способ получения формованных изделий из угольных шламов, заключающийся в том, что подсушенный угольный шлам смешивают со связующим в виде остатков процессов крекинга или гидрокрекинга (6 - 10 % по отношению к высушенному шламу) и полученную смесь формуют в топливные брикеты под давлением 300 - 500 кг/см [18]. Недостатком этого способа является предварительная сушка шламов.
Известен способ получения углеродсодержащих брикетов, который может быть использован для производства керамики и как заполнитель бетона, а также для сжигания в топках с кипящим слоем. Флотоотходы с зольностью 60-80%, крупностью 0,5-0 мм, влажностью 42 % сгущают до содержания фракции до 0,1 мм 70-90 мас. %. Затем смешивают сгущенную суспензию с сухими отходами обогащения угля фракции менее 10 мм и прессуют при 20-40 МПа в течение 1020 с. Влажность прессуемых отходов снижается до 7,8-5,6 %. Прочность колеблется в пределах 17,1-24 кг/брикет. Это практически сводит к минимуму дробление брикетов при транспортировке [19]. Недостаток вышеуказанного способа заключается в низкой прочности углеродсодержащих брикетов и большой продолжительности цикла производства, поскольку требуется предварительное сгущение шлама до содержании фракции до 0,1 мм, на что затрачивается дополнительное время. Кроме того, сгущенную суспензию смешивают с сухими отходами обогащения угля без связующего, что дает низкую прочность получаемых брикетов.
Первоначально проводились опыты по брикетированию отходов флотации
без применения связующего материала. Прессование поводилось при комнатной температуре без предварительного нагрева исходного компонента. При этом в случае использования отходов с влажностью 15-20 % наблюдались большие потери по весу - до 30 %, отходы флотации с такой влажностью плохо формуются. Это объясняется тем, что содержащаяся в прессуемой массе влага участвует в механизме образования брикета. Избыток влаги обуславливает увеличение толщины водных пленок и уменьшает силы сцепления частиц. Отходы флотации с влажностью до 10 % относительно хорошо прессовались, но механическая прочность таких брикетов очень мала. В целях продолжения предыдущих исследовательских работ по обезвоживанию отходов углеобогащения были проведены эксперименты по брикетированию флотоизвестковых смесей. Соотношение компонентов выбиралось следующее -1:1, 1:0,75, 1:0,5, 1:0,25 (отходы флотации: известковая пыль). Так как основная реакция обезвоживания между этими компонентами длится около 30 минут, а прессование 3 - 5 минут, прессуемая масса в течение этого времени продолжает взаимодействовать и увеличиваться в объеме, а получаемые брикеты сразу же рассыпаются. При прессовании прореагировавших остывших смесей получаются брикеты с низкой прочностью.
Для получения прочных брикетов были проведены опыты по прессованию отходов флотации и шламоизвестковых смесей с различными связующими компонентами. Была проведена серия экспериментов с опробованием в качестве связующего компонента - лигносульфонатов. При смешивании их с отходами флотации в весовом соотношении 0,5:10, 1:10, 2:10 существенного изменения влажности в получаемых смесях не происходило. Результаты брикетирования были аналогичны результатам прессования необезвоженных отходов флотации.
Были проведены эксперименты по получению брикетов из отходов флотации, где в качестве связующего применялся каменноугольный пек. Результаты представлены в таблице 3. Компоненты прессовались без предварительного нагрева. Весовых потерь при этом не наблюдалось. Как видно из таблицы 3 при исследуемых соотношениях компонентов в смеси, прочность получаемых брикетов очень мала и не соответствует технологическим требованиям. Очевидно низкие значения прочности брикетов обусловлены отсутствием связующих свойств у пека без его предварительного нагрева.
Анализ известных способов брикетрирования отходов обогащения угля [18] показал, что получение прочных брикетов из угольных шламов высокой влажности достигается при предварительном нагревании шихты до температуры плавления связующего компонента в виде остатков от вакуумной перегонки нефти (7% вес. от массы сухого угля) и во время интенсивного перемешивания к смеси подают противоточно-перегретый водяной пар температурой 250 0С в количестве 1 т/час на 1 т мокрой угольной мелочи. Водяной пар вызывает
нагревание угольной массы и испарение воды (до влажности 10%). Однако этот способ обладает высокими энергозатратами и сложностью технологии переработки угольных шламов повышенной влажности.
Поэтому нами была поставлена задача разработки способа обладающего низкими энергозатратами и упрощенной технологией переработки угольных шламов повышенной влажности при утилизации пылевидных отходов производства извести.
Таблица 3
Результаты брикетирования отходов флотации с каменноугольным пеком
№ п.п Влажность отходов флотации, % Количество пека, масс. % Усилие прессования Механическая. прочность
кН МПа кг/см2 МПа
1 11 25 125 62,5 15,4 1,5
2 11 25 130 65,0 15,4 1,5
3 11 25 150 75,0 23,2 2,3
4 11 40 125 62,5 23,4 2,3
5 11 50 125 62,5 20,5 2,1
6 15 20 125 62,5 18,8 1,9
7 15 20 62,5 31,2 22,7 2,3
8 15 25 125 62,5 20,9 2,1
9 15 40 125 62,5 22,9 2,3
10 15 40 62,5 31,2 22,4 2,2
Сущность предложенного способа заключается в совмещении процессов химического обезвоживания угольного шлама с формообразованием, причем в качестве агента для химического обезвоживания используется пылевидная известь, улавливаемая из отходящих газов при обжиге известняка в известьобжиговых печах сухими пылегазоочистными аппаратами, в качестве связующего используют предварительно диспергированную до 0-1 мм препарированную каменноугольную смолу с расходом 3-6 % и выдерживают в течении 15 мин при температуре 100 - 110 0С и затем прессуют с усилием 250350 кг/см .В предложенном способе подсушку угольного шлама (отхода флотации угля) повышенной влажности производят за счет тепла, выделяемого при гидратации пылевидной извести, причем тепло выделяемое при химическом обезвоживании идет и для разогрева каменноугольной смолы при температуре 100-110 0С. Для получения прочных, хорошо формуемых брикетов смесь из 3-х компонентов перемешивают в смесителе в течение 5-6 мин и выдерживают течение 15 - 20 минут и затем без охлаждения массы прессуют
-л
(формуют) на валковом прессе при давлении 250-350 кг/см .
Сущность способа основана на установленных новых закономерностях
процесса удаления влаги химическим связыванием ее с обезвоживающим компонентом (гидратацией) и твердением смеси, которые были установлены нашими исследованиями [20-24]. К тому же известь выполняет и функции вяжущего, так как она относится к воздушным вяжущим материалам и способствует цементации закристаллизовавшихся частиц отходов флотации в конгломерат и улучшаются условия получения прочных углеминеральных брикетов.
Для обеспечения лучшей прессуемости массу выдерживают при указанных температурах в течении 15-20 мин. При этих паpаметpах смола переходит в пластичное состояние, в котором улучшаются ее вяжущие свойства. К тому же, с увеличением темпеpатуpы возрастает пластичность отходов углеобогащения в результате чего повышается прочность брикетов. С другой стороны, с повышением темпеpатуpы уменьшается вязкость воды и облегчается выход ее из капилляров на поверхность частиц. Повышение прочности брикетов из подогретых материалов объясняется и тем, что при прессовании возникают более прочные ковалентные связи между функциональными группами макромолекул угля. При этом установлено оптимальное соотношение между массовой долей известковой пыли, каменноугольной смолы (мас. %) от влажности отходов флотации:
Таблица 4
Соотношения между массовой долей известковой пыли, каменноугольной смолы (мас. %) от влажности отходов флотации
Влажность отходов флотации, % Массовая доля смолы, % Массовая доля известковой пыли, %
20 4,5-6 15-25
15 3-6 10-20
10 3-6 10-15
Новизна предлагаемого технического решения заключается в совмещении процессов твердения шламоизвестковой смеси с процессами формообразования, что достигается в соответствии с предлагаемым способом организацией прессования массы в пресс-формах [25, 26]. Для получения прочных брикетов, устойчивых действию атмосферных осадков и транспортировки, в флотоизвестковую смесь при перемешивании вводят связующее в виде препарированной каменноугольной смеси в количестве 3-6 %, которая разогревается за счет внутреннего тепла, выделяемой при осуществлении химического обезвоживания по реакции (2) пылевидной известью с содержанием СаО (более 70%), т.е. без подвода тепла извне.
Как показали результаты опытно-промышленных исследований при указанных оптимальных температурно-временных параметрах процесса и долевых соотношений пылевидной извести, препарированной каменноугольной смолы и исходной влажности отходов флотации угля достигается высокая прочность углеглинистых брикетов при отсутствии весовых потерь массы при прессовании. Причем, содержание оксида кальция в обезвоживающим компоненте (пылевидной извести) должно быть не менее 70 %.
На разработанный способ получен инновационный Патент РК№21583.на изобретение «Способ переработки угольного шлама» [27] и предложена промышленная схема производства углеминеральных брикетов применительно к условиям АО «АрселорМиттал Темиртау» (рисунок 1).
Исследованиями установлено, что на пpочность бpикетов влияет и гpанулометpический состав исходных компонентов. ^и наличии в них повышенного содеpжания ^упных частиц увеличиваются число и pазмеpы пустот в пpессуемой массе и часть энеpгии ^ессования закачивается на pазpушение некотоpой доли ^упных зеpен и заполнение пустот. Следовательно, точность получаемых бpикетов будет понижена. На основании пpоведенных опытов пpедваpительно можно выделить наиболее оптимальные соотношения компонентов в пpессуемой смеси пpи темпеpатуpе 110 0С и вpемени выдеpжки - 15 минут.
Данные соотношения совпадают с соотношениями компонентов бpикетов, успешно использованных в конвеpтеpах на Западно-Сибиpском металлуpгическом комбинате [28].
SCIENCE TIME
Рис. 1 Промышленная схема для производства углеминеральных брикетов из отходов флотации угля и отсевов извести для условий смоломагнезитового цеха АО «АМТ» по инновационному Патенту РК №21583 на изобретение
SCIENCE TIME
Использование отходов флотации на аглопроизводстве в качестве заменителя коксика
Агломерации подвергали шихту аглофабрики № 2 с различным содержанием отходов флотации углеобогащения в топливной смеси. Матеpиалы для спеканий (ЛГМК, концентpат ССГПО, комбиниpованный флюс, коксовую мелочь) бpали текущего пpоизводства. Рудную смесь составляли из аглоотсева и шахтной pуды фpакций 5-10 мм и 0-5 мм в соотношении 80:10:10. Шихты спекали в слое высотой 400 мм при разрежении под колосниковой решеткой 1100 мм.вод.ст. Агломерации подвергали шихты с постоянным соотношением в железорудной части шихты ЛГМК, рудной смеси и концентрата ССГПО -70:20:10 соответственно. Комбинированный флюс брали из условия получения агломерата с основностью (СаО^Ю ) - 1,23 ед. и окиси магния - 2,35% [29].
^и однослойном спекании частичная замена коксовой мелочи хвостами флотации углеобогащения пpиводит к снижению веpтикальной скоpости спекания, ухудшению качества спека и общему пеpеpасходу топлива. Введение 1 % отходов флотации снижает веpтикальную скоpость спекания на 0,1 мм/мин,
3
удельную пpоизводительность на 0,007 т/м ч. При введении до 11 % отходов флотации - выход годного увеличивается на 0,56% на каждый 1 % отходов, а затем с таким же соотношением уменьшается. В таблице 4 пpедставлены pезультаты испытаний:
I ваpиант- 100% коксовой мелочи;
II, III, IV ваpианты - частичная замена коксовой мелочи хвостами флотации углеобогащения - 6,1; 11,5 и 23,1 % соответственно.
Анализ pасхода топлива показывает, что ^и вводе в топливную смесь до 10% отходов он постоянен (95 кг/т агломеpата), затем pезко увеличивается с отношением 1,09 кг/т агломеpата на 1 % отходов.
^и двухслойном спекании агломеpации подвеpгали шихты с одинаковым содеpжанием в веpхнем и нижнем слоях в железоpудной части шихты ЛГМК, pудной смеси и концентpата ССГПО - 70:20:10 соответственно.
Комбиниpованный флюс бpали из условия получения агломеpата с
основностью (СаО^Ю) -1,12 ед. и окиси магния - 2,30 %. Отходы флотации вводили в качестве дополнительного топлива в веpхний слой из pасчета 5, 10, 20 % от общего pасхода кокса на спекание. Баланс возвpата, хаpактеpизующий лабоpатоpные исследования, поддеpживали путем изменения высоты веpхнего слоя ^и общей высоте слоя шихты 400 мм.
Результаты двухслойных испытаний пpедставлены в таблице 4 ваpиант - 100 % коксовой мелочи; II, III, IV ваpианты- ввод в веpхний слой 5,10 и 20 % отходов флотации от общего pасхода кокса.
SCIENCE TIME
Таблица 5
Результаты лабоpатоpных исследований
Наименование паpаметpов Пpи однослойном спекании ^и двухслойном спекании
I II III IV I II III IV
Состав шихты,%:
к-т ЛГОКа 54.2 54.1 53.8 53.5 54.1 53.9 53.5 53.1
к-т ССГПО 7.7 7.7 7.7 7.6 7.7 7.7 7.6 7.5
рудная смесь 15.5 15.5 15.9 15.3 15.5 15.4 15.3 15.3
комбиниpованный флюс 15.7 15.6 15.6 15.5 15.7 15.5 15.5 15.4
кокс 7.0 6.7 6.7 6.3 7.1 7.1 7.0 6.7
отходы флотации - 0.4 0.9 1.9 - 1.0 1.9 3.6
Смесь топлива:
коксовая мелочь 100.0 93.9 88.5 76.9 100.0 88.3 79.0 65.2
отходы флотации - 6.1 11.5 23.1 - 11.7 21.0 34.8
Возвpат в шихте 16.0 17.0 17.0 16.8 16.8 16.8 16.7 16.6
II. Технологические показатели:
Высота слоя шихты, мм 400 400 400 400 400 400 400 400
в т. ч. веpхний слой - - - - 150 150 135 120
Веpтикальная скоpость спекания., мм/мин 12.8 11.7 12.7 9.9 9.7 11.1 9.5 11.8
Удельная ^ошво-дитель-ность,т/м ч 0.8 0.7 0.8 0.6 0.6 0.7 0.6 0.7
Выход годного, % 75.2 76.7 81.3 75.3 78.3 78.4 75.7 74.9
Расход топлива, кг/т агл. 95.3 94.9 97.3 110.0 95.0 100.0 110. 7 120.0
Ш.Качество агломеpата:
Химический состав агломеpата, %: Fe общ. 48.2 48.9 48.5 48.3 48.3 47.5 47.5 48.2
CaO 13.1 13.0 13.5 13.2 12.5 12.6 12.7 12.6
8^2 10.9 11.0 10.7 10.7 10.9 11.5 11.7 11.0
MgO 2.4 2.3 2.4 2.4 2.4 2.4 2.4 2.3
МпО 0.4 0.4 0.4 0.3 0.5 0.4 0.4 0.4
М2О3 4.5 4.4 4.3 4.4 4.3 4.3 4.4 4.7
Пpочность агломеpата по ГОСТ 15137-77, %
на удаp 53.8 49.6 51.1 53.0 51.5 53.3 53.0 54.3
на истиpаемость 9.0 9.2 12.1 11.8 9.2 9.0 9.2 6.8
^и двухслойном спекании ввод в шихту 5 % отходов флотации пpиводит к
увеличению веpтикальной скоpости спекания на 1,3 мм/мин, удельной
-2
пpоизводительности на 0,08 т/м ч, выхода годного агломеpата - 0,1 %, механической пpочности на удаp и ист^ание -1,7 и 0,2 % соответственно. Дальнейшее увеличение доли отходов пpиводит к снижению высоты веpхнего слоя на 1,5 мм на 1 % отходов и выхода годного.
Во вpемя доведения лабоpатоpных испытаний установлено, что концентpации в отходящих газах 8О2 и N0 х, по сравнению с обычной шихтовкой ^и однослойном спекании остались практически на одном уpовне, а пpи двухслойном - наблюдалось незначительное их увеличение. Вовлечение в пpоизводство отходов флотации существенно не изменяет экологические
паpаметpы ^оцесса.
Во всех пpоводимых ваpиантах спекания также пpоизводился отбоp и анализ пpоб на содеpжание в отходящих газах пыли. Установлено, что пыль пpисутствует во всех пpобах и выделяется в течение пеpвых 6-8 минут пpоцесса спекания. Количественное содеpжание пыли на лабоpатоpной установке опpеделить не удалось по дичине малого вpемени их выделения за один экспеpимент и их низкой концентpации.
Пpоведены также опытно-пpомышленные исследования по замене части коксовой мелочи отходами флотации на аглофабpике № 2 и пpоведена экологическая оценка такой замены.
В процессе гоpения твеpдого топлива выход летучих имеет "стpуйный" хаpактеp. ^и горении отходов флотации темпеpатуpа в зоне спекания недостаточна для полного воспламенения летучих веществ на повеpхности шихтовых материалов. В результате одна часть летучих воспламеняется наpяду с коксовой мелочью, а другая их часть, не успев вступить во взаимодействие с окислительными компонентами газовой фазы, с отходящими газами покидает реакционную зону.
На 5-й агломашине аглофабpики № 2 были пpоведены опытно-пpомышленные испытания, а также сделаны сpавнительные замеpы с обычной шихтовкой (таблица 5).
Состав шихты аглофабpики №2 во вpемя пpоведения опытных и сpанительных замеpов пpиведен в таблице 6. ^и опытных замеpах на вакуум-камеpах в фильтpах отбоpника отмечено наличие, в основном, одной агломеpационной пыли, в котоpой смолистые вещества содеpжатся в незначительных количествах и находятся на фильтpах в виде желтого налета. На сpавнительных замеpах на вакуум-камеpах агломеpационной пыли на фильмах не обнаpужено. Смолистые вещества как на опытных, так и на сpавнительных замеpах выявлены в достаточном количестве в отходящих газах в коллектоpе и на эксгаустеpе.
При проведении сравнительных замеров произошло снижение в шихте агломашины доли замасленной окалины с 70 до 40 т (или с 2,15 до 1,51 % от состава шихты), что, по видимому, оказало некоторое влияние на сравнительные результаты. Содержание смолистых веществ при применении в шихте
-з
аглофабрики отходов флотации увеличилось с 0,63 до 1,14 мг/нм3 (или на 45 %)
-5
в коллекторе и с 0,95 до 1,33 мг/нм (или на 29 %) на эксгаустере.
Удаление летучих и смолистых веществ происходит при низких температурах, (до 300 0С) а равновесная температура их конденсации составляет 78 0С.
Таблица 6
Результаты замеров вредных веществ на 5-й агломашине
аглофабрики № 2
Точки отбора Температура, 0C Концентрация пыли, мг/нм3 Концентрация смолистых ве ществ, мг/нм3 Концентрация КОх, мг/нм3
опыт. сравн опыт. сравн опыт. сравн. опыт. сравн.
4 в/к 28 - - - - - 132,70 -
5 в/к 35 - 19,03 - - - 155,74 -
6 в/к 65 65 64,69 - - - 214,91 224,90
9 в/к 65 65 60,88 - - - 258,66 273,73
13 в/к 85 75 53,27 - - - 316,50 339,08
19 в/к 185 180 106,54 - - - 231,82 261,50
20 в/к 235 235 182,65 - - - 199,38 218,54
Коллектор мин. макс. 105 116 66,59 39,60 1,14 0,63 222,80 161,90
102 110 63,19 37,58 1,08 0,59 201,20 144,90
108 120 70,16 41,72 1,20 0,66 237,65 179,00
Эксгаустер мин. макс. 117 118 53,49 51,10 1,33 0,95 309,00 248,20
115 116 51,47 49,17 1,28 0,91 287,31 228,46
120 120 55,53 53,05 1,38 0,99 324,45 268,22
Таблица 7
^став шихты на агломашине № 5 аглофабрики № 2
№ п. п. Наименование Размер- ность Ва риант
опытный сравнительный
1 Лисаковский концентрат т 1700 1440
2 Рудная смесь т 370 220
3 Известковая пыль т 70 -
4 Кокс т 150 150
5 Лом (окалина) т 70 40
6 Известняк т 440 456
7 Отходы флотации т 15 -
8 Возврат т 440 340
В результате при использовании отходов флотации большая часть летучих и смолистых веществ выносится из зоны горения, улавливается зоной переувлажнения и перемещаясь по слою удаляется на последних вакуум -камерах. Температура газа в этих вакуум-камерах 250-300 0С и в коллекторе 100150 0С, поэтому на этом участке газоотводящего тракта отложений смолистых веществ не обнаружено. После второй ступени газоочистки температура отходящего газа снижается и колеблется в пределах от 70 до 90 0С, т.е. снижается до температуры близкой к равновесной отложения смолистых веществ. В результате на лопатках эксгаустеров выявлено образование слоя отложений, состоящего из смеси пыли (до 50 %), и смолы, имеющего до 80 % органических соединений. После эксгаустеров, в результате адиабатического сжатия, температура отходящих газов повышается на 15-20 0С и дальнейшее отложение смолистых веществ прекращается. Повышение температуры до 90120 0С резко сокращает конденсацию смолы и при дальнейшем росте температуры до 180-260 0С конденсация практически прекращается. Высокий выход летучих в отходах флотации изменяет состав отходящих газов. Окислы азота на эсгаустере возрастают в среднем от 248,2 до 309 мг/нм3 (на 20 %).
По результатам лабораторных и полупромышленных исследований по частичной замене в шихте аглофабрик коксовой мелочи на отходы флотации определены основные производственно-технологические особенности, техникоэкономические показатели процесса агломерации.
SCIENCE TIME
Заключение
Для производства углеминеральных брикетов из отходов флотации угля необходимо использовать дополнительное связующее в виде препарированной каменноугольной смолы в количестве 3-6 %, которая разогревается за счет внутреннего тепла,выделяемой при осуществлении гидратации пылевидной извести. Установлены оптимальные температурно-временные параметры процесса и долевые соотношения пылевидной извести, препарированной каменноугольной смолы и исходной влажности отходов флотации угля, при которых достигается высокая прочность углегминеральных брикетов при отсутствии весовых потерь массы.
Отходы флотации можно рассматривать в качестве альтернативного заменителя коксовой мелочи после отработки режимов его подготовки к спеканию и организации рационального режима послойного сжигания в агломерационном слое. Для условий аглофабрики №2 " АО «АрселорМиталл Темиртау»" возможна частичная замена коксовой мелочи на отходы флотации углеобогащения в количестве 5, 10 % от расхода топлива на процесс. При этом наилучшие условия достигаются при двухслойном спекании аглошихты и существенно не изменяются экологические параметры процесса агломерации.
При двухслойном спекании ввод 5 % отходов флотации приводит к увеличению вертикальной скорости спекания на 1,33 мм/мин., удельной производительности на 0,08 т/м ч, выхода годного агломерата - 0,1 %, механической прочности на удар и истирание - 1,78 и 0,2 % соответственно. Дальнейшее увеличение доли отходов приводит к снижению высоты верхнего слоя на 1,5 мм на 1 % отходов, выхода годного.
Литература:
1. Пантелят Г.С., Эпштейн С.И., Музыкина З.С., Гончарова Р.Б. Современные технические решения по очистке сточных вод от механических примесей и масел на заводах черной металлургии // Сталь.1979.№6.с. 468-470.
2. Туровский И. С., Гольдфарб Л. Л., Двинских Е.В. Переработка и утилизация осадков и шламов сточных вод. М., 1982. 116с.
3. Организация замасленной прокатной окалины в агломерационном
производстве./И.В.Кривоносов. //Черная металлургия: Бюл. ин-та
«Черметинформация». 1985. №15. С. 38-39.
4. Использование железосодержащих отходов в агломерационном и доменном производствах / Н.В. Федоренко, В.И.Данилов, А.Т.Коротких // Металлург. 1985. №12. С. 13-14.
5. Разработка комплексной схемы утилизации железосодержащих отходов/Л. А. Смирнов, В. А. Кобелев, В. Н. Потанин, Я. Ш. Школьник // Сталь. - 2001, №1. -с. 89 - 90
6. Технология утилизации масложелезосодержащих отходов прокатного производства./ Ибраев И.К., Таргинова Г.Б., Кулишкин С.Н., Ибраева О.Т.// Сборник трудов Международной научно-практической конференции: «Энергосберегающие технологии Прииртышья».- Павлодар: 2001.- с. 289-293.
7. Ибраева О.Т., Торговец А.К., Ибраев И.К./Технология утилизации масложелезосодержащих отходов металлургического производства // Материалы Международной научно-практической конференции: «Качество образования: Менеджмент, кредитная система обучения, достижения, проблемы». Экибастуз, 2006 г. - с.272-275.
8. Ибраева О.Т., Ибраев И.К./ Современные технологии подготовки к утилизации
шламов металлургического производства. (Аналитический обзор) //
Павлодарский межотраслевой территориальный центр научно-технической информации.- Павлодар: 2006. - 27 с.
9. Проблемы ресурсов и пути их решения в металлургической и горнодобывающей отраслях промышленности /Ибраева О.Т., Ибраев И.К., Чернецов В.И., ЛехтмецВ.И. // Научно-технический прогресс в металлургии (сборник научных трудов) - Алматы: РИК по учебной и методической литературе, 2007.- с. 11-19.
10. Разработка и внедрение технологии производства агломерата из шихт, содержащих атасуйские руды, соколовско-сарбайский концентрат, лисаковские руды и концентрат гравитационно - магнитного обогащения (отчет). Шифр 25371. Уралмехонобр, Рук.НИР Беспрозванных Л.С., Мирко В.А., Темиртау -Свердловск, 1971, с.103.
11. Современное состояние и развитие процессов коксования уплотни-тельных шихт за рубежом / Г. С. Ухмылова. - Обзор "Международная система научной и технической информации по черной металлургии".- 1981.- вып.5.- с.21-39.
12. Связующее для получения угольных брикетов / И.А.Гриневич и др. А.с. 1114693 СССР МКИ 5 С 10 Ь 5/16. № 3478264/23-26.
13. Компануд-связующее на основе нефтяных и каменноугольных про-дуктов.-"Химия твердого топлива".- 1973.- № 5.- с.117-120.
14. Способ получения угольных брикетов / А.В.Юхименко. А.с. 696045 СССР М. кл.2 С 10 Ь 5/16.
15. Способ получения формованных изделий из угольных шламов. / Мариан Рутковски, Ядвига Венцковска. А.с.558934 ПНР. М. кл. 2 С 10 Ь 5/14. № 1621306/26.
16. Способ переработки отходов обогащения угля /А.Т.Елишевич и др. А. с. 1171510 СССР кл. С 10 Ь 5/48.
17. Получение и использование гранулированных отходов флотации углей / Е. М. Соколова, Л. И. Антонова // Кокс и химия.- 1988.- № 8.- с. 53.
18. Внедрение исследовательских работ УХИНа в области утилизации отходов
углеобогащения /А.М.Яковенко, И.Н.Никитин //Кокс и химия.-1995.- № 3.- с. 2527.
19. К вопросу комплексного использования отходов КХП /В. Г. Трофимова, С. А. Устиновская, Т. Н. Джакели и др.// Научно-технический прогресс в металлургических и химических производствах / Вологодский политехнический институт, Череповецский филиал. - Череповец: 1989.- с.213-221.
20. Термическая переработка маслоокалиносодержащих отходов прокатного
производства /В.П.Ульянов, В.Я.Дмитриев, В.Д.Поминов и др. //Черная
металлургия: Бюл. ин-та "Черметинформация". М., 1989. Вып.2. С.9, 10.
21. Комплексная установка для термического обезвоживания
маслоокалиносодержащих отходов прокатного производства /А.Г.Злобин, В.П.Ульянов, Г.С.Умнов и др. //Черная металлургия: Бюл. ин-та
"Черметинформация". М., 1984. Вып.23. С.45-46
22. Ибраев И.К., Кулишкин С.Н., Ибраева О.Т. / Обезвоживание конвертерных шламов пылевидными отходами известкового производства. // Труды третьего конгресса сталеплавильщиков. - Москва.- 1996 г.- с. 121-124.
23. Ибраев И.К., Головкин В.К., Кулишкин С.Н. и др. - Исследование процессов обезвоживания и подготовки железосодержащих шламов к утилизации. - Сталь.-1996.- № 11.- с. 71-74.
24. Предварительный Патент Казахстана № 4005.- Способ обезвоживания шлама.- Промышленная собственность. Официальный Бюлл. № 4.- 1996 г.
25. Ибраев И.К., Вишнев И.С. Разработка комплекса для подготовки вторичного сырья из отходов металлургического производства для использования его в технологиях сквозного металлопроката.- в Республиканском научном журнале «Технология производства металлов и вторичных материалов». Темиртау: 2009.-№ 2.- с.18-21.
26. Ибраева О. Т./Разработка технологии брикетирования отходов флотации угля// Технология производства металлов и вторичных материалов. Республиканский научный журнал 2007 г. № 2 (12). - с.216-224.
27. Ибраева О.Т., Ибраев И.К., Исагулов А.З., Лехтмец В.Л., Чернецов В.И./ Способ переработки угольного шлама // Инновационный патент К7 № 24583, Бюл. № 8 от 14.08.2009 г.
28. Р.С. Айзатулов, Е.В.Протопопов, Г.И.Веревкин, Е.П.Волынкина. Использование углеродсодержащих брикетов для конве ртерной плавки.-Труды второго конгресса сталеплавильщиков.- М.: 1994.- с.86-88.
29. Ибраев И.К., Алекеева Г.Т., Кулишкин С.Н., Ибраева О.Т. / Разработка технологии подготовки отходов флотации углей для металлургического передела. // Сборник трудов Международной научно-практической конференции: «Энергосберегающие технологии Прииртышья. - Павлодар.- 2001.- с. 127-133.
