CC BY
16
1 SCIENCE TIME ■
l(j к! 1 ■1Д) Jиг -1 ЩГ I -■ji Jm j!r 1 i m^M) РАЗРАБОТКА РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ХРОМА ПУТЕМ РЕЦИКЛИНГА ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ Лазаревский Павел Павлович, Лазаревская Мария Николаевна, Романенко Юлия Евгеньевна, Сибирский государственный индустриальный университет, г. Новокузнецк E-mail: lazura@ya.ru
Аннотация. Рассмотрен вопрос вовлечения в технологический процесс отходов производства углеродистого феррохрома путем рециклинга пыли гидрометаллургическим способом с целью извлечения ведущего компонента -хрома. Приведены результаты рентгенофазового анализа пыли производства углеродистого феррохрома, химический и состав пыли. Описан метод производства концентрата химического обогащения путем переработки ферропыли с получением промежуточного полупродукта - монохромата натрия, его дальнейшего восстановления до гидроксида хрома, автоклавное выщелачивание которого позволяет получить хромовый концентрат химического обогащения (КХО). Приведена схема аппаратурного оформления автоклавного выщелачивания и фильтрации. Описан процесс выплавки металлического хрома внепечным алюминотермическим способом.
Ключевые слова: феррохром, ферропыль, рециклинг, монохромат натрия, автоклавное выщелачивание, концентрат химического обогащения, алюминотермический процесс, хром металлический.
Металлургические предприятия сегодня большое значение придают рациональному использованию внутренних сырьевых ресурсов и утилизации промышленных отходов. В последние годы приоритетным направлением в сфере обращения с текущими отходами ферросплавного производства стало их максимальное вовлечение в технологические процессы, что в свою очередь способствует сбережению материальных и энергетических ресурсов, снижению себестоимости продукции.
Одним из видов техногенных отходов производства высокоуглеродистого феррохрома является пыль (ферропыль), образующаяся в ходе технологического
I
SCIENCE TIME
I
процесса производства ферросплавов и улавливаемая газоочисткой рудовосстановительной печи. При выплавке феррохрома в открытой печи вынос пыли в объеме отходящих газов составляет 50 - 60 г/м3, в отдельных случаях достигает 100 г/м3. Удельный выход пыли на 1 т феррохрома для открытой печи составляет 25 - 75 кг/т. Пыль от производства феррохрома имеет следующий химический состав, %: 22,5 - 43,6 Сг203; 10,0 - 15,5 SiO2; 0,2 - 0,4 СаО; 25,2 -33,1 MgO; 3,2 - 5,4 А1203; 4,1 - 6,0 FeO; 5,4 - 6,2 С; 1,0 - 1,2 S. С учетом значительного количества образующейся ферропыли и высокого содержания в ней оксида хрома в современной технологической схеме производства феррохрома актуальной задачей является рециклинг ферропыли [1, с.110].
Из результатов рентгенофезового анализа (рис.1) следует, что ферропыль состоит в основном из следующих компанентов: сложное оксидное соединение ((Mg, Fe)•(Cг, А1)204) - хромпикотит, оксид магния (MgO) - периклаз, ретгенаморфный кремнезем ^Ю2), а также силикат магния (Mg2SiO4) -форстерит.
60
59 58 57
Угол отражения. 20'
,о
Рис. 1 Участок рентгенофазовой дифрактограммы ферропыли
С учетом значительного количества образующейся ферропыли и высокого содержания в ней оксида хрома, рециклинг является актуальной задачей в современной технологической схеме производства феррохрома.
Процесс получения хромового концентрата химического обогащения (КХО) состоит их двух этапов:
а) переработки ферропыли с целью перевода хрома из сложного соединения в монохромат натрия и получения концентрированного раствора;
б) восстановления монохромата натрия до гидроксида хрома с последующим получением КХО.
Технологическая схема получения хромового КХО из ферропыли приведена на рис.2.
Рис. 2 Технологическая схема получения хромового КХО из ферропыли
Результаты рентгенофазового анализа образца КХО приведены на рис.3.
Рис. 3 Участок рентгенофазовой дифрактограммы хромового КХО
Гидрометаллургическая переработка пыли производства углеродистого феррохрома позволила получить хромовый концентрат химического обогащения, который может быть использовать для получения металлического хрома.
Для изучения возможности использования хромового КХО в металлургическом переделе были проведены экспериментальные исследования по выплавке металлического хрома внепечным алюминотермическим способом.
В качестве шихтовых материалов применяли хромовый КХО, алюминиевый порошок из первичного алюминия, натриевую селитру и
| SCIENCE TIME Щ
плавиковый шпат. Шихтовка навески определена из расчетов материального и теплового балансов. Химический состав шихтовых материалов приведен в табл. 1. Экспериментальная установка представлена на рис. 1.
Таблица 1
Химический состав шихтовых материалов
Материалы Содержание, %
Сг2Оз SiO2 AI2O3 FeO CaO CaF2 C S п.п.п.
Хромовый КХО 95,8 0,12 0,04 3,9 0,03 0,01 0,10
Плавиковый шпат ФК 92 4,0 1,12 94,0 0,88
Порошок алюминия А00 Si 0,16 Al 99,70 Fe 0,14
Подготовленные шихтовые материалы фракцией менее 1 мм помещали в графитовый тигель (1) и подвергали предварительному нагреву до температуры 574 К в муфельной печи. Предварительный нагрев позволяет повысить термичность процесса внепечной выплавки.
Тигель с навеской устанавливали на поддон (4) экспериментальной установки. Затем в навеску шихты в небольшое углубление помещали запальную смесь, состоящую из магниевой стружки и натриевой селитры в отношении 4:1 соответственно. С помощью механизма зажигания шихты, состоящего из электродов (3), закрепленных в своде (6), и нихромовой спирали (2) осуществляли зажигание запальной смеси. При подаче тока на электроды от трансформатора (5) нихромовая спираль раскаляется, после чего свод опускали в рабочее положение до момента контакта спирали с запальной смесью.
После зажигания шихты подачу тока прекращали, далее процесс протекал самопроизвольно за счет тепла экзотермических реакций, в течение 15 - 18 минут.
В результате проведенных опытных плавок не удалось отделить металлическую фазу от шлака. Образование тугоплавкого шлака привело к «запутыванию» корольков металла, что свидетельствует о недостатке тепла для полноценного протекания процесса восстановления хрома из концентра химического обогащения.
Основным условием проведения алюминотермической плавки является равенство или превышение теплового эффекта экзотермических реакций над тем
I
SCIENCE TIME
I
количеством тепла, которое требуется для расплавления продуктов реакции и нагрева жидкого расплава до температуры процесса, а также для компенсации тепловых потерь [2, с. 71]. Наиболее распространенным способом повышения температуры внепечной плавки является применение термитных добавок. Поэтому вторую серию экспериментов проводили с использованием натриевой селитры в качестве термитной добавки. В результате расчета теплового баланса было установлено: для того чтобы значение теплового эффекта экзотермических реакций превышало значения расхода тепла и тепловых потерь, количество натриевой селитры в шихте должно составлять не менее 15 % от массы хромового КХО.
При проведении второй серии плавок процесс восстановления протекал интенсивнее, о чем свидетельствовало обильное пламявыделение и сокращение продолжительности проплавления шихты (10 - 13 минут). После окончания проплавления шихты производили выдержку в течение 3 - 5 минут, которая необходима для осаждения образовавшихся капель металла из верхнего слоя шлака. Полученный металл и шлак подвергали рентгенофазовому и химическому анализам.
Результаты рентгенофазового анализа металлической фазы приведены на рис.4, из которых следует, что металлическая часть продуктов восстановления представлена в виде хрома. Химический состав металла, %: 98,0 - 98,5 Сг, 0,4 -0,5 Si, 0,5 - 0,7 А1, 0,6 - 0,8 Fe, 0,03 - 0,04 С, 0,02 - 0,03 S, 0,02 - 0,03 Р.
Таким образом, введение в состав шихтовых материалов натриевой селитры обеспечило извлечение хрома на уровне 96 % за счет повышения термичности восстановительного процесса и увеличения жидкоподвижности шлака [3, с.26].
Данные, полученные в результате проведенных экспериментов позволяют утверждать, что хромовый КХО, получаемый путем переработки пыли от производства феррохрома, можно применять для производства металлического хрома. Создание рациональных технологических схем утилизации дисперсных материалов, содержащих целевой элемент, является экономически выгодным и экологически обоснованным мероприятием.
| SCIENCE TIME Щ
Рис. 4 Участок рентгенофазовой дифрактограммы металлического
хрома (а) и шлака (б)
Литература:
1. Лазаревский П. П., Романенко Ю. Е. Экстракция хрома из отходов производства углеродистого феррохрома : сб. тр. VI междунар. науч.-практ. конф. "Инновационные технологии и экономика в машиностроении" / Юргинский технологический институт. — Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2015. С. 110-114.
2. Лякишев Н.П., Плинер Ю.Л., Игнатенко Г.Ф., Лаппо С.И. Алюминотермия. М.: Металлургия, 1978. - 424 с.
3. Лазаревский П. П. Получение металлического хрома из хромового концентрата химического обогащения / П.П. Лазаревский, Ю.Е. Романенко, М.Н. Лазаревская // Сталь 2016. - №1. С. 25-26.
