CC BY
372
2Бе(ОН^ + 6НС1 = 2БеС1э + 6Н2О . (5)
При охлаждении суспензии образуются кристаллический коагулянт по реакции (6):
БеС1з + 6 Н2О = БеС1з • 6Н2О . (6)
Процесс получения коагулянта можно проводить на металлургических производствах в реакторах станции нейтрализации кислых стоков с использованием при необходимости другого оборудования (кристаллизаторов или распылительных сушилок).
Таким образом, принципиальное решение проблемы — переработка отходов, а не их накопление. Поэтому актуальны поиск и внедрение малоотходных технологий, в которых отходы являются сырьем других производств. Рассмотренные направления переработки солянокислых отработанных травильных растворов с получением бишофита, пигментов и коагулянтов перспективны и более экономичны по сравнению с действующими технологиями.
Список литературы
1. Добровольский, И. П. Использование отработанных растворов травления металлов в качестве сырья для производства строительных материалов / И. П. Добровольский,
А. Б. Селихов // Современное состояние стройиндустрии Челябинской области: проблемы, решения : сб. науч. ст. Челябинск, 2006. С. 66-69.
2. Запольский, А. К. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды: свойства, получение, применение / А. К. Запольский, А. А. Баран. Л. : Химия, 1987. 208 с.
3. Вайнштейн, И. А. Очистка и использование сточных вод травильных отделений / И. А. Вайнштейн. М. : Металлургия, 1986. 109 с.
И. П. Добровольский, П. Н. Рымарев, Т. А. Сафина
ПЕРСПЕКТИВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ШЛАМОВ И ПЫЛИ
КОНВЕРТОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА
В статье рассматриваются эффективные технологии утилизации суспензий шлама конверторных производств. После предварительной обработки шлам предлагается использовать в агломерационной шихте, а также получать из отхода железосодержащий пигмент высокого качества. Внедрение предлагаемых технологических процессов позволит предприятиям не только повысить экономические показатели производства, но и значительно улучшит экологическую обстановку на территории предприятия и в регионе.
Ключевые слова: утилизация суспензий шлама, эффективные технологии утилизации, конверторное производство.
Применение отходов производств, попутных и вторичных продуктов — огромный резерв не только экономии природного сырья, но и повышения эффективности производства и улучшения экологической обстановки на предприятии и территории региона [2]. Компоненты из отходов в 2-3 раза дешевле, чем извлекаемые из природного сырья и минералов. Расход топлива при использовании отдельных видов отходов снижается на 10-40 %, а удельные капиталовложения — на 30-50 %. В связи с этим применение эффективных технологий по переработке накопленных на предприятиях черной металлургии промышленных отходов является одной из важнейших задач. Не менее важной проблемой для предприятий является повторное использование уловленной после металлургических печей пыли в производстве промышленной продукции.
В конверторном производстве в зависимости от состава сырья, конструкции печей и условий плавки на тонну стали образуется 12-25 кг тонкодисперсной пыли при «сухом» и шлама при «мокром» способе улавливания с размером частиц от 0,1 до 10 мкм. Химический состав шламов в зависимости от указанных условий незначительно различается, что видно из приведенных ниже данных в табл. 1 [2, 6].
Таблица 1
Химический состав шламов различных предприятий, масс. %
Предпри- ятие Бе 8Ю2 СаО М2О3 гиО МпО МяО СГ2О3 РЬ
Мечел ММК 58,0 54,2 3,4 2,3 12,1 16,8 0,25 0,04 3-4 1,1 0,96 0,48 2,2 0,5 0,39 0,01 1-2
Соединения железа в отходах находятся в виде оксидов, количество которых изменяется от 64,7 до 78,3 %. Содержание цинка в отходах различное и зависит не только от состава сырья, но и от дисперсности пыли. В шламах оно изменяется от 0,63 % в фракции 30-20 мкм и до 2,73 % — в фракции < 10 мкм (табл. 2). По минералогическому составу в пыли преобладают в основном минералы: гематит — красный железняк, магнетит — черные кубические кристаллы размером 1-20 мкм, вюстит — округлые зерна размером 4-8 мкм, оксид кальция, а среди силикатов преобладает В-СаБ1О4 и др.
Таблица 2
Фракционный состав и содержание железа и цинка в различных фракциях
Размер фракции, мкм Количество, Содержание, масс. %
масс. % Бе 2п
Сталеплавильная пыль 8,34 4,6 1,96
30-20 5,30 45,0 3,02
20-10 9,40 48,0 4,71
< 10 76,96 59,0 8,06
Сталеплавильные шламы 20,9 67 0,63
30-20 7,25 52 0,63
20-10 18,25 50 1,25
< 10 53,6 56 2,73
По данным НПО «Энергосталь» степень очистки отходящих газов от пыли превышает 80 %, а степень утилизации — 72 % [6]. В основном железосодержащие пыли и шла-мы газоочисток используются в качестве сырья для дальнейшей переработки в металлургических агрегатах в виде сгущенного, обезвоженного и высушенного полупродукта в шихте агломерата. Однако при содержании в пыле и шламе до 2 % свинца и до 4 % цинка использовать такие отходы даже после сушки и гранулирования в доменном процессе нельзя вследствие значительного воздействия указанных примесей на кладку доменных печей.
В кислородо-конверторном цехе (ККЦ) ОАО «Мечел» очистка газов после конверторов проводится в скрубберах «мокрым» способом. В них газы высокой температуры с пылью дымососом подаются снизу скруббера навстречу разбрызгивающемуся сверху потоку технической воды. Степень очистки газов от пыли в скрубберах достигает 98 %. Удельное пылевыделение в конверторах зависит от интенсивности дутья и изменяется в пределах 13 %, средневзвешенное же значение удельного выхода пыли составляет 1,62 %. Объемы образования конвертерного шлама на предприятии составляют около 1 млн т в год. Утилизация суспензии шламов проводится на специальных установках, технология переработки которых приведены ниже (рис. 1). Схемой предусматривается сгущение шламовой пульпы в радиальных отстойниках и сгустителях с 200 г/л до 600 г/л, фильтрование суспензии на фильтр-прессах с влажностью 32-36 % и подачу получаемой пасты в сушильный барабан, где она сушится при температуре 110-120 °С до влажности 10 %.
СУ_ _
Осветление — сгущение (радиальные отстойники)
Сгущение (радиальные сгустители)
\
ОУШ ККЦ
Фильтрование на станции нейтрализации
Смешивание с известью и отсевом агломерата
На аглофабрику
Рис. 1. Технологическая схема обезвоживания конвертерных шламов
В дальнейшем шлам смешивается в смесителях с известью и отсевом агломерата, взятых в определенных процентных соотношениях. Так как использование полученного сырья в качестве непосредственной добавки в аглошихту осложняется нестабильностью его химического и гранулометрического состава, то шлам можно также использовать при послойной закладке штабелей на складе аглофабрики в следующем соотношении: 18-20 вагонов аглоруды, 4 вагона шлама и 2 вагона извести. Удельный расход шламов достигает 200 кг/т агломерата. Существенным недостатком данной технологии является тот факт, что в получаемом агломерате повышается содержание цинка и свинца, что недопустимо и поэтому для обеспечения устойчивой работы доменных печей шламы должны периодически выводиться из процесса агломерации.
В связи с этим суспензия шлама перерабатывается по другой технологии на установке обработки уловленного шлама (ОУШ). Суспензия шлама подвергается сгущению в радиальных отстойниках и уплотнению в сгустителях, после чего подвергается фильтрованию на фильтр-прессах. Техническая вода, отделенная при отстаивании и сгущении суспензии шлама, а также при фильтровании возвращается в оборотный цикл газоочистки, а паста шлама подвергается термообработке при температуре 900 °С в барабанной вращающейся печи. При обработке шлама вместе с газами и железосодержащей пылью удаляются легкоплавкие элементы (свинец и цинк), которые улавливаются в «мокром» скруббере. Получающаяся суспензия, содержащая 25-30 % соединений железа, около 1,0 % 8Ю2, до 16,0 % 2п и до 10 % РЬ, фильтруется на фильтр-прессах и уже паста с влажностью до 25-26 % направляется в хранилище для временного хранения.
Получаемый в печи после термообработки шлама продукт, практически не содержащий соединений цинка и свинца, после охлаждения в охладительном барабане отгружается автотранспортом на аглофабрику для использования его в производстве агломерата. Такой шлам можно использовать в агломерационной шихте с рудой в любом процентном соотношении.
Одним из возможных вариантов эффективного использования указанной пасты является обработка ее на станции нейтрализации азотнокислым отработанным травильным раствором (АОТР), который образуется при травлении металла после удаления с его поверхности окалины (рис. 2). АОТР содержит около 180-200 г/л нитратов железа, до 30 г/л азотной и около 5 г/л плавиковой кислот. Технологическая схема химической обработки пасты газоочистки АОТР заключается в перемешивании смеси в реакторе с бы-
строходной мешалкой и обезвоживании получаемой суспензии на фильтр-прессе. При обработке шлама АОТР плавиковая и азотная кислоты, а также нитрат-ионы железа взаимодействуют с оксидами кальция и магния, металлами цинка и свинца по следующим реакциям:
СаО + 2НБ = СаБ2 + Н2О;
2СаО + Бе(КО3)3 + НШ3 + Н2О= 2Са(КО3)2 + Бе(ОН^;
2М§О + Бе(кО3)3 + НШ3 + Н2О =2М§(КО3)2 + Бе(ОН)3;
22п + Бе(Ш3)э + НКО3 + Н2О =22п(Ш3)2 + Бе(ОН^;
2РЬ + Бе(КО3)3 + НШ3 + Н2О = 2РЬ(КО3)2 + Бе(ОН)3.
Суспензия газоочистки конверторов
I
Осветление — сгущение (радиальные отстойники)
Сгущение (радиальные сгустители)
I
Фильтрование суспензии
а
Обработка п^сты и АОТР Смешивание и фильтрация
и
Обогащенный по железу продукти суспензия нитратов 2п, РЬ ,М§ и Са
Рис. 2. Технологическая схема совместной утилизации шламов и АОТР
В раствор образующейся суспензии переходят все нитраты, и в нем повышается содержание нерастворимых соединений железа, которые отделяются на фильтр-прессе. Фильтрат с содержанием указанных выше растворимых нитратов обрабатывается в реакторе с быстроходной мешалкой отходной известью-пушонкой и подвергается отстаиванию в отстойнике. Осадок отделяется на барабанном фильтре (рис. 4) и используется для получения удобрения — норвежской селитры, а железосодержащий продукт с примесью фторида кальция и кремния возможно использовать для получения различных продуктов. Во-первых, после сушки пасты в барабанной печи более обогащенная по содержанию железа пыль может использоваться в любых соотношениях в шихте агломерата. Во-вторых, не менее эффективно использовать обогащенную по содержанию железа суспензию (количество железа в суспензии возрастет от 64,0-78,3 % до 82,0-99,0 %) для получения дефицитного в стране железосодержащего пигмента по приведенной ниже технологии [3]. Осадок, содержащий нитраты цинка, свинца, магния и кальция, накапливается в специальном хранилище и по мере накопления перерабатывается по отдельной технологии.
При получении железосодержащего пигмента суспензию шлама фильтруют на вакуум-фильтрах (рис. 3) с отмывкой конденсатом на его поверхности избыточных водорастворимых веществ, после чего пасту подвергают сушке при температуре обогреваемых газов 310-340 °С и измельчению в комбинированной сушилке с кипящим слоем, в конусной части которой размещаются фарфоровые шарики [4, 5]. Применение такого обо-
рудования позволяет получать из указанных отходов железосодержащий пигмент высокого качества, соответствующий марке ПККА по ТУ 12322-013300209705-94 [3].
Рис. 3. Принципиальная схема сушки пигментов в комбинированной сушилке: 1 — топка для сжигания природного газа; 2, 8 — вентиляторы ВВД № 8; 3 — сушильная камера; 4 — форсунка; 5 — дозатор; 6 — циклон ВЦНИИОТ; 7 — рукавный фильтр ФВ-60; 9 — шнек
Заключение
1. Приведенные технологии утилизации суспензий шлама конверторных производств высокопроизводительны и соответствуют современному прогрессивному развитию техники. Процессы требуется доработать в промышленных условиях.
2. Внедрение указанных технологических процессов позволит предприятиям не только повысить экономические показатели производства, но и значительно улучшит экологическую обстановку на территории предприятия и в регионе.
Список литературы
1. Беленкий, Е. Ф. Химия и технология пигментов / Е. Ф. Белинский, И. В. Рискин. Л. : Химия, 1974. 656 с.
2. Добровольский, И. П. Переработка и утилизация промышленных отходов Челябинской области / И. П. Добровольский, И. Я. Чернявский, А. Н. Абызов, Ю. Е. Козлов. Челябинск, 2000. 256 с.
3. Добровольский, И. П. Пигменты и наполнители из новых видов сырья и отходов производства / И. П. Добровольский, А. А. Дробышев, В. Ю. Первушин, С. А. Сюткин. Челябинск, 2001. 112 с.
4. Касаткин, А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии /
A. Г. Касаткин. М. : Химия, 1973. 751 с.
5. Строгальщиков, Б. С. Исследование процесса сушки минеральных пигментов в аппаратах с взвешенным состоянием материала / Б. С. Строгальщиков : автореф. ... дис. канд. техн. наук. Свердловск, 1974. 23 с.
6. Толочко, А. И. Утилизация пыли и шламов в черной металлургии / А. И. Толочко,
B. И. Славин, Ю. М. Супрун, Р. М. Хайрудинов. М. : Металлургия, 1990. 143 с.
