CC BY
90
МЕТАЛЛУРГИЯ ЧЕРНЫХ, ЦВЕТНЫХ И РЕДКИХ МЕТАЛЛОВ
УДК 669.054.83:622.7
О. Е. Горлова, А. Н. Тарасова, О. Г. Ефремова
ИЗЫСКАНИЕ ПУТЕЙ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ШЛАМОВ ДОМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
Во всех металлургических переделах образуется значительное количество пылей, которые необходимо улавливать и утилизировать с ирлью извлечения содержащихся в них металлов и под -держания необходимого уровня охраны окружа-ющей среды. Железосодержащие шламы металлургических предприятий образуются в процессе агломерации железных руд - шламы от газоочистки, аспирационные шламы, шламы гидросмыва рабочих площадок; в доменном переделе -колошниковая пыль, шламы мокрой газоочистки, аспирационные шламы литейных дворов и бунке -ров; в сталеплавильном производстве - мартеновские и конвертерные шламы мокрой и сухой газоочистки, а также крупная и мелкая прокатная окалина. Основная масса металлургических шламов содержит от 45 до 70% железа. Таким образом, железосодержащие шламы представляют собой новый[ особый вид сырья для черной металлургии.
Шламы являются вторичным техногенным сырьем. Обезвоженные шламы и уловленные пыли всех металлургических производств используются преимущественно в качестве добавок в аглошихту и являются заменой части первичного рудного сырья. Расширение сырьевой базы за счет использования вторичного сырья является актуальным и для Магнитогорского металлургического комбината. Это объясняется тем, что доля соб-ственного железорудного сырья не превышает 1015%, а остальная часть приобретается на стороне.
Текущий выход доменных и агломерационных шламов ОАО «ММК» составляет порядка 400 тыс. т в год с массовой долей железа в шламах в среднем 51,6%. Кроме того, значительное количество шламов накоплено в шламохранилище № 2. Для обезвоживания текущих шламов газоочисток доменных печей, мартеновских цехов и шламов аглофабрик на комбинате действует ваку-ум-фильтровальная установка. На ней осуществляется сгущение шламосодержащих вод, обезвоживание и сушка шламов, которые затем возвращаются на утилизацию в шихту аглофабрики.
Экономическая эффективность использования
вторичного сырья в металлургическом производ-стве в значительной мере зависит от качества шламовой продукции, которое, в свою очередь, опре-деляется не только содержанием полезных компонентов (железо, марганец, оксид кальция и пр.), но и наличием вредных примесей (цинк, свинец, сера, щелочные металлы). Основной проблемой при утилизации металлургических шламов является повышенное содержание в них цинка, особенно в связи с расширением использования оцинкованно-го скрапа в кислородно-конвертерном производ -стве. Известно, что отрицательное влияние цинка при утилизации шламов начинает проявляться при общем его содержании, превышающем 0,15%. Утилизация этих шламов в аглопроизводстве без предварительного обесцинкования вызывает разрушение кладки доменных печей, образование цинкатных настылей, забивку аспирационных систем. Это существенно влияет на работу доменных печей и агломашин, тем самым, уменьшая межремонтные периоды доменных печей и дорогостоя-щих аспирационных систем. Поэтому вовлечение этого ценного железосодержащего сырья в повторное использование требует разработки технологического процесса переработки их в кондиционные для чёрной металлургии продукты с одновременным выделением примесей цветных металлов (цинка) в продукт, пригодный для дальнейшего использования в цветной металлургии.
Наиболее сложный химический состав имеют шламы газоочистки доменного и сталеплавильно -го производства. Эти шламы в процессе образования подвергаются высокотемпературному воздействию в условиях окислительной или восстановительной атмосферы. При химическом взаимодействии оксидов цинка и железа происходит образо-вание ферритов цинка. В шламах цинк присутствует также в ввде свободных зерен оксвда цинка - минерала цинкита.
Большинство предложенных способов обес-цинкования металлургических шламов можно сгруппировать следующим образом: пирометал-лургические, гвдрометаллургические, гравигаци-
Изысканиепутей комплексной переработки шламов доменного... О.Е.Горлова, А.Н.Тарасова, О.Г.Ефремова
онные. В промышленных масштабах во многих странах мира реализуются пирометаллургинеские процессы утилизации железосодержащих пылей и шламов. В этих процессах одновременно с вое -становлением окевда железа в печах при высоких температурах возгоняется в ввде паров большая часть цинка, свинца, щелочных металлов, возгоны обычно улавливаются в электрофильтрах, утилизируются и направляются на предприятия цветной металлургии Технологические показатели в этих процессах достаточно высоки, но требуется сооружение специальных дорогостоящих установок.
В научно-исследовательской работе изучается возможность снижения содержания цинка в ме -таллургических шламах с использованием обогатительных процессов - магнитной сепарации и обратной флотации. В последние годы на отече -ственных и зарубежных предприятиях всё чаще применяются именно обогатительные процессы для переработки различного техногенного сырья -отходов, шлаков, шламов и пр. Для этого была отобрана проба железосодержащих шламов, поступающих на вакуум-фильтровальную установку ОАО «ММК». В лабораторных условиях опреде-лены гранулометрический состав шламов, магнитные характеристики шламов (удельная магнитная восприимчивость, намагниченность, коэрцитивная сила), гигроскопичность, насыпная
плотность шламов. Установлено, что шламы на 80% представлены классом крупности -0,074 мм. Изучение распределения цинка по классам крупности показало, что цинк в основном концентрируется в тонких фракциях -40, -20 и -10 мкм; суммарное извлечение цинка в эти фракции со -ставляет 67°%. Отсюда был сделан вывод о необходимости обесшламливания материала перед обогащением. Массовая доля цинка в пробе по данным химического анализа - 0,415%.
Проведены исследования по магнитному обогащению шламов. Схема обогащения включала основную мокрую магнитную сепарацию и пере -чистку магнитного продукта. В немагнитную часть должны переходить слабомагнигные ферриты цинка и окевд цинка, тем самым, снижая массовую долю цинка в магнитной фракции. В ре -зультате массовая доля железа в магнитной фракции повышается с 52,0 до 61,2%, а цинка снижается с 0,415 до 0,262%. Но при такой схеме обога-щения шламов извлечение цинка в магнитную фракцию остается достаточно высоким - 53,6%.
Полученные результаты сввдетельствуют о том, что в магнитогорских шламах содержится незначительное количество цинка в виде цинкита, и основная масса элементарного цинка приходит -ся на ферриты цинка. Феррит цинка обладает сла-
бомагнигными свойствами, поэтому в магнитном поле за счет магнитной флокуляции ферриты цинка попадают в магнитную фракцию. Кроме того, при магнитной сепарации шламов в немагнитную фракцию уходит и теряется коксик, которого в шламах содержится 10-15%. Таким образом, в работе экспериментально показана возможность снижения массовой доли цинка в доменных шла -мах магнитной сепарацией Следует отметить, что исходная проба шламов является непредставительной, поскольку характеризуется достаточно низкой массовой долей цинка. При большей мае -совой доле цинка в исходных шламах эффект обесцинкования мокрой магнитной сепарацией будет более значительным.
Поскольку цинк в шламах представлен в основном ферритами, была изучена возможность флотационного обогащения шламов с получением железосодержащего продукта, кондиционного по содержанию железа, с минимальной массовой долей цинка в нем. Для разработки эффективной технологии переработки шламов испы-таны режимы прямой и обратной флотации на пробе шламов с массовой долей цинка 0,6%. В режиме прямой анионной флотации железосо-держащий концентрат будем получать пенным продуктом с подавлением соединений цинка цинковым купоросом и жвдким стеклом и получением цинксодержащего камерного продукта. В режиме обратной флотации в пенный продукт будут флотироваться ферриты цинка и окевды цинка, а также другие вредные примеси с получением кондиционного железосодержащего концентрата камерным продуктом. Для получения высоких технологических показателей необходимо установление оптимальных реагенгных режимов прямой и обратной флотации.
Проведена серия флотационных опытов в ре -жиме обратной флотации. Поскольку было установлено, что наибольшая концентрация цинка наблюдается в самых тонких классах, кроме того, шламы оказывают отрицательное действие во флотации, в схеме во всех случаях предусмотрена предварительная обесшламливающая флотация с использованием только одного пенообразователя (Т-80). Выход шламов составлял около 6% с массовой долей цинка в этом продукте 1,64-2,12%. Далее в пульпу подавали сернистый натрий для суль-фидизации соединений цинка и медный купорос для их последующей активации, после чего флотировали с использованием ксангогената и пенообразователя. Выход пенного продукта составлял 6,8% с массовой долей цинка в нем 1,95%. Железосодержащий концентрат получали камерным продуктом. При этом массовая доля цинка в нем снижает-
ся по сравнению с исходными шламами с 0,6 до 0,38%, а массовая доля железа повышается на 6% и составляет 60%. Извлечение железа в камерный продукт высокое - 91,4%, но при этом и потери цинка с железосодержащим продуктом также остаются достаточно большими - 54,9%.
При разработке технологической схемы пря-мой анионной флотации шламов доменного про -изводства цинксодержащие минералы депресси-ровали подачей жидкого стекла и цинкового купороса, а железосодержащие минералы флотировали олеатом натрия. По этой схеме получали пенный продукт с массовой долей железа 56,359,6%, цинка - 0,43-0,46%. В этом случае выход пенного продукта высокий - 78-85%, извлече-ние железа в него - 84,3-88,7%. Цинксодержа-
щий камерный продукт характеризуется повышенным содержанием цинка - 0,88-0,91%, железа в нем - 24-26%. Полученные предваригель-ные результаты говорят о целесообразности флотационного обогащения шламов газоочисток доменных печей. Дальнейшие исследования будут направлены на разработку технологии, которая позволит комплексно перерабатывать шламы доменного производства и получать железосодержащий продукт с высокой массовой долей железа и минимальным содержанием цинка для использования его в аглопроизводстве и цинксо-держащий, который в зависимости от массовой доли цинка может быть использован или для производства цинка, или утилизирован в це -менгной промышленности.
УДК 621.746.628
Д. А. Бояринцев, А. С. Масальский, В. Н. Селиванов
ЗАТВЕРДЕВАНИЕ СТАЛИ В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ СЛЯБОВОЙ МНЛЗ
Затвердевание металла в кристаллизаторе оказывает решающее влияние на процесс разливки На выходе из кристаллизатора слигок должен иметь достаточно прочную оболочку, способную выдержать без разрыва усилие вытягивания. Поэтому процессы, протекающие в кристаллизаторе, играют важнейшую роль в получении бездефектной заготовки.
Обычно затвердевание металла в кристаллизаторе описывается законом квадратного корня:
£= к\[г , (1)
где £ - толщина слоя затвердевшего металла, мм; к - коэффициент затвердевания; г - время затвердевания, мин.
Однако зависимость (1) не дает всей информации, которая требуется для разработки научно обоснованной технологии непрерывной разливки, учитывающей параметры разливаемого металла, конструкцию МНЛЗ и обеспечивающей получе -ние заготовок требуемого качества. Поэтому зависимость (1) требует уточнения и детализации.
Экспериментальное изучение процессов, протекающих при затвердевании металла в кристаллизаторе в промышленных условиях, связано с большими, зачастую технически непреодолимыми трудностями. Поэтому для изучения процессов, протекающих в кристаллизаторе МНЛЗ, нужны другие подходы.
Решение данной проблемы ввдигся в сочетании теоретического анализа процесса, известного в общих чертах, с одной стороны, а с другой -в получении некоторой опытной информации, которая должна быть достаточно доступной, достоверной и характеризующей эти процессы. При таком подходе может быть предложена ме-тодика изучения процессов, протекающих в кристаллизаторе МНЛЗ, которая основана на использовании кристаллизатора как своеобразного калориметра. Основная вдея предлагаемого подхода к изучению процесса затвердевания металла в кристаллизаторе состоит в сопоставлении опытной информации о тепловыделении в кристаллизаторе с результатами вычисления тепловыделения, базирующимися на тепловом балансе затвердевающего слитка. При этом в уравнения теплового баланса затвердевшего в кристаллизаторе металла закладываются в общем ввде искомые зависимости, которые затем конкретизируются путем приведения в наилучшее соответствие тепловыделения, вычисляемого из баланса, с найденным опытным количеством тепла, полученного кристаллизатором.
Расходная часть теплового баланса может быть представлена как тепло, отданное кристаллизатору слитком. Приходная часть может быть представлена как сумма трех составляющих:
- теплота перегрева жвдкого металла над температурой ликвидус;
