Научная статья на тему 'Совершенствование основного и вспомогательного оборудования пирометаллургических процессов и его испытания в условиях действующего производства'

Совершенствование основного и вспомогательного оборудования пирометаллургических процессов и его испытания в условиях действующего производства Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
337
47
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
iPolytech Journal
ВАК
Ключевые слова
ПИРОМЕТАЛЛУРГИЯ / ШНЕКОВАЯ ПЕЧЬ / ГАЗООЧИСТНАЯ УСТАНОВКА / ГИДРОФИЛЬТР / ПЫЛЕОЧИСТКА / PYROMETALLURGY / SCREW (CONVEYOR) FURNACE / GAS CLEANING INSTALLATION (GCI) / HYDROFILTER / DUST CLEANING

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Дружинин Константин Евгеньевич, Немчинова Нина Владимировна, Васюнина Наталья Валерьевна

Цель. Сравнительный обзор аппаратов и применяемого топлива пирометаллургических процессов и предложение новых типов аппаратов: шнековой печи с электрическим нагревом по зонам и газоочистной установки типа гидрофильтр (при производстве глинозема). Методы. Разработка конструкций аппаратов, химический анализ составов газов и газоочистного раствора до и после газоочистки, минералогический анализ осадка слива газоочистной установки. Результаты. Показаны преимущества разработанной шнековой печи по сравнению с традиционными аппаратами. Проведены работы по испытанию гидрофильтра для очистки газопылевого потока в условиях действующего производства. Заключение. Показано, что преимущества шнековой печи заключаются в минимальном количестве отходящих технологических газов и жестком регулировании температурных параметров процесса. Установлено, что содержание алюмината в растворе оборотной щелочной воды снижается в несколько раз при каждом цикле орошения и минимально определяется после 4-хкратной подачи на гидрофильтр. Показано, что твердая фаза слива представлена двухкальциевым силикатом αи β-модификаций (α,β-C2S), кальцитом (СаСО3); в следовых количествах гидрогранатами кальция (3СаО·А12O3·хSiO2), гидроалюмосиликатами натрия Na2O·А12О3·nSiO2·хН2О, кальциевыми алюминатами (СаО·Al2O3), муллитом (3Аl2О3 2SiО2), кальций-магниевыми силикатами (СаO·МgО·SiO2). Установлено, что расход используемого в качестве газоочистного раствора оборотной щелочной воды 0,3-0,45 дм3 на 1 нм3 очищаемого газа для достижения эффективности газоочистного аппарата в среднем 85% является оптимальным.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Дружинин Константин Евгеньевич, Немчинова Нина Владимировна, Васюнина Наталья Валерьевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

IMPROVING MAIN AND AUXILIARY EQUIPMENT FOR PYROMETALLURGICAL PROCESSES AND TESTING IT IN PRODUCTION CONDITIONS

Purpose. To give a comparative review of the plants and used fuel of pyrometallurgical processes as well as to propose new types of installations: a screw conveyor furnace with zone electrical heating and a gas-cleaning installation of a hydrofilter type (in alumina production). Methods. Development of plant designs, chemical analysis of the compositions of gases and gas cleaning fluids before and after gas purification, mineralogical analysis of the drain deposit of the gas cleaning installation. Results. Advantages of the developed screw furnace are shown as compared with traditional installations. A hyfrofilter for gas and dust flow cleaning has been tested in production conditions. Conclusion. It is shown that the screw furnace has the following advantages: a minimum amount of flue technological gases and heavy regulation of process temperature parameters. The content of aluminate is found to be reduced several times in the alkaline circulating water in each reflux cycle and its minimum is determined after a quadruple feed on the hydrofilter. It is shown that the solid phase of the drain is represented by dicalcium silicate of αand β-modification (α,β-C2S), calcite (СаСО3); in trace amounts by calcium hydrogarnets (3СаО·А12O3·хSiO2), sodium hydroaluminosilicates Na2O·А12О3·nSiO2·хН2О, calcium aluminates (СаО·Al2O3), mullite (3Аl2О3·2SiО2), calcium-magnesium silicates (СаO·МgО·SiO2). It is found that the consumption of 0.3-0.45 dm3 of alkaline circulating water used as a gas cleaning solution per 1Nm3 of purified gas is optimal for achieving gas cleaning unit efficiency of on average 85%.

Текст научной работы на тему «Совершенствование основного и вспомогательного оборудования пирометаллургических процессов и его испытания в условиях действующего производства»

УДК 669.02/.09

DOI: 10.21285/1814-3520-2016-5-144-152

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОСНОВНОГО И ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПИРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ЕГО ИСПЫТАНИЯ В УСЛОВИЯХ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ПРОИЗВОДСТВА

1 л 4

© К.Е. Дружинин', Н.В. Немчинова2, Н.В. Васюнина3

1,2Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83. 3Сибирский федеральный университет, 660041, Россия, г. Красноярск, пр. Свободы, 79.

Резюме. Цель. Сравнительный обзор аппаратов и применяемого топлива пирометаллургических процессов и предложение новых типов аппаратов: шнековой печи с электрическим нагревом по зонам и газоочистной установки типа гидрофильтр (при производстве глинозема). Методы. Разработка конструкций аппаратов, химический анализ составов газов и газоочистного раствора до и после газоочистки, минералогический анализ осадка слива газоочистной установки. Результаты. Показаны преимущества разработанной шнековой печи по сравнению с традиционными аппаратами. Проведены работы по испытанию гидрофильтра для очистки газопылевого потока в условиях действующего производства. Заключение. Показано, что преимущества шнековой печи заключаются в минимальном количестве отходящих технологических газов и жестком регулировании температурных параметров процесса. Установлено, что содержание алюмината в растворе оборотной щелочной воды снижается в несколько раз при каждом цикле орошения и минимально определяется после 4 -хкратной подачи на гидрофильтр. Показано, что твердая фаза слива представлена двухкальциевым силикатом а - и р-модификаций (a,p-C2S), кальцитом (СаСО3); в следовых количествах гидрогранатами кальция (ЗСаО^^^Ю^, гидроалюмосиликатами натрия Nа20■А1203■nSi02■хН20, кальциевыми алюминатами (Са0■Al203), муллитом (3Al203 2Si02), кальций-магниевыми силикатами (Са0■Мg0■Si02). Установлено, что расход используемого в качестве газоочистного раствора оборотной щелочной воды 0,3-0,45 дм3 на 1 нм3 очищаемого газа для достижения эффективности газоочистного аппарата в среднем 85% является оптимальным.

Ключевые слова: пирометаллургия, шнековая печь, газоочистная установка, гидрофильтр, пылеочистка.

IMPROVING MAIN AND AUXILIARY EQUIPMENT FOR PYROMETALLURGICAL PROCESSES AND TESTING

IT IN PRODUCTION CONDITIONS

K.E. Druzhinin, N.V. Nemchinova, N.V. Vasyunina

Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia. Siberian Federal University, 79 Svobodny Pr., Krasnoyarsk, 660041, Russia.

Abstract. Purpose. To give a comparative review of the plants and used fuel of pyrometallurgical processes as well as to propose new types of installations: a screw conveyor furnace with zone electrical heating and a gas-cleaning installation of a hydrofilter type (in alumina production). Methods. Development of plant designs, chemical analysis of the compositions of gases and gas cleaning fluids before and after gas purification, mineralogical analysis of the drain deposit of the gas cleaning installation. Results. Advantages of the developed screw furnace are shown as compared with traditional installations. A hyfrofilter for gas and dust flow cleaning has been tested in production conditions. Conclusion. It is shown that the screw furnace has the following advantages: a minimum amount of flue technological gases and heavy regulation of process temperature parameters. The content of aluminate is found to be reduced several times in the alkaline circulating water in each reflux cycle and its minimum is determined after a quadruple feed on the hydrofilter. It is shown that the solid phase of the drain is represented by dicalcium silicate of a- and в-modification (a,p-C2S), calcite (СаСО3); in trace amounts by calcium hydrogarnets ^СаО^^^Ю^, sodium hydroaluminosilicates

1

Дружинин Константин Евгеньевич, аспирант, e-mail: [email protected] Druzhinin Konstantin, Postgraduate, e-mail: [email protected]

2Немчинова Нина Владимировна, доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой металлургии цветных металлов, e-mail: [email protected]

Nemchinova Nina, Doctor of Engineering, Professor, Head of the Department of Metallurgy of Non-Ferrous Metals, е-mail: [email protected]

3Васюнина Наталья Валерьевна, доцент кафедры металлургии цветных металлов Института металлургии и материаловедения, e-mail: [email protected]

Vasyunina Natalya, Associate Professor of the Department of Metallurgy of Non-Ferrous Metals of the Institute of Metallurgy and Materials Science, e-mail: [email protected]

Na20-A1203-nSi02-xH20, calcium aluminates (CaO-Al2O3), mullite (3Al203-2Si02), calcium-magnesium silicates (CaOMgOSiO2). It is found that the consumption of 0.3-0.45 dm3 of alkaline circulating water used as a gas cleaning solution per 1Nm3 of purified gas is optimal for achieving gas cleaning unit efficiency of on average 85%. Keywords: pyrometallurgy, screw (conveyor) furnace, gas cleaning installation (GCI), hydrofilter, dust cleaning

Введение

Богатая сырьевая и энергетическая базы, практический опыт реализации комплексных проектов, существующая система подготовки инженерных кадров и кадров высшей квалификации позволяют считать отечественную металлургию конкурентоспособной [1]. Несмотря на пристальное внимание ведущих научных центров к гидрометаллургическим процессам [2], на многих предприятиях пирометаллургические методы получения являются более простыми, изученными и экономически выгодными [3].

Однако одними из главных недостатков данных методов являются высокая эмиссия вредных веществ в атмосферу вследствие высоких температур процессов и использование большого количества воздуха для горения топлива [4, 5]. Отсюда возникает проблема использования более эффективного основного оборудования для достижения высоких технико-

экономических показателей технологического процесса и установки газоочистного оборудования, что требует строительства комплексов по обезвреживанию технологических газов.

Традиционными аппаратами пирометаллургии являются [6-8]:

- вращающиеся печи; печи кипящего слоя; многоподовые, ретортные, агломерационные машины для процессов сушки и обжига;

- шахтные, отражательные, корот-кобарабанные, рудотермические печи; печи взвешенной плавки и конвертерного типа для процессов плавки с разделением продуктов, которые основаны на использовании тепла реакций горения топлива.

В одних случаях топливом является сульфидная сера собственных концентратов - это автогенные и полуавтогенные процессы, существенно зависящие от состава используемого сырья. В других случаях в качестве топлива используются жид-

кие или газообразные углеводороды, основными из которых являются природный газ и мазут. Последние не используются по причине их высокой стоимости, экономической неконкурентоспособности, низкой калорийности и отсутствия в достаточном количестве на свободном рынке. Традиционные виды твердого топлива представлены коксами и углем [9].

Условно чистым топливом является природный газ, но наиболее дешевым -бурый или каменный уголь. Нарастающий экономический кризис и ужесточение экологических требований заставляют проводить политику энергосбережения и поиска новых технологий по переработке сырья. Некогда забытые газогенераторные технологии снова пользуются спросом у руководителей предприятий, проектировщиков технологических линий и конструкторов-металлургов. Подобные газогенераторные установки позволяют значительно экономить на энергоносителе, что снижает себестоимость продукции.

Установка получения горючего газа из угля при кажущейся простоте процесса неполного горения топлива достаточно сложная, требует постоянного контроля и управления технологическими параметрами. Аппарат должен обеспечить подачу необходимого количества кислорода к поверхности угля, его контакт при требуемой температуре и полную герметизацию на выводе газов из аппарата. Данный процесс проводят в газогенераторах шахтного типа, ретортных и шнеко-трубчатых печах. Последние дают возможность настроить требуемый тяго-дутьевой режим подачи окислителя, и равномерно перемешивая, подводить реагент к поверхности углерода и распределять температуру по зонам реакции по всей длине печи. Шнековая печь позволяет выдерживать температуру в зонах нагрева шихтовых компонентов с точностью до ±5°С с требуемой продолжительностью. Еще одним ее преимуществом

является механическое перемешивание сырья, позволяющее устранить «мертвые зоны» зависания материала или залипания поверхности контакта золой и продуктами сгорания либо частичного оплавления шихты. Нами планируется использование данного типа печи в восстановительных процессах переработки свинецсодержащего рудного сырья [10].

Конструкция шнековой печи

К.Е. Дружининым разработана конструкция шнековой печи с электрическим нагревом по зонам, позволяющая последовательно проводить процессы сушки, прокалки, обжига и спекания как сыпучих, так и пастообразных материалов [11]. При этом повышение качества термической обработки материалов достигается за счет расширения температурного диапазона, регулирования и контроля подачи материала в установку.

В шнековой печи (рис. 1) на поверхности корпуса 1 закреплен теплоизоляционный слой. На нижней поверхности корпуса установлено три электрических нагревателя 2 с термическими датчиками. Внутри корпуса расположен шнек 3 в виде полого вала с установленными по винтовой линии плоскими секторами с радиальными сквозными отверстиями. Вал шнека соединен через муфты с электрическим приводом. На противоположном конце печи закреплен конфузор для отвода газовых смесей и пара в установку газоочистки 7. В нижней части корпуса установлен патрубок выгрузки готового продукта 8, который при помощи фланцев герметично соединен с накопительной емкостью для остывания продукта. Накопительная емкость оборудована водо-охлаждаемым кожухом. В нижней части емкости установлен затвор выгрузки готового продукта.

Рис. 1. Общий вид шнековой печи для пирометаллургических процессов [11]: 1 - корпус; 2 - тепловые нагреватели; 3 - шнек; 4 - бункер для загрузки материала; 5 - электродвигатель; 6 - газоход; 7 - очистная установка; 8 - емкость для выгрузки готового

продукта

Fig. 1. General view of the screw furnace for pyrometallurgical processes [11]: 1 - furnace body; 2 - thermal heaters; 3 - screw; 4 - material feeding hopper; 5 - electric motor; 6 - flue; 7 - cleaning installation;

8 - tank for finished product discharge

Преимуществом работы данной печи является повышение глубины термической обработки материалов путем расширения температурного диапазона, в частности, сушки материалов в диапазоне 100— 200°С, прокалки материалов - 200-400°С, обжига материалов - 400-800°С, спекания и восстановления - 800-1000°С. Качество термообработки повышается путем регулирования расхода шихтовых материалов и контроля температуры. Интенсификация удаления газовой смеси и пара из корпуса приводит к повышению производительности печи. Направление газовой смеси и пара на очистку, сбор и охлаждение продукта после термической обработки повышают безопасность работы установки.

Все рабочие элементы печи выполнены из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, что позволяет проводить процессы при более высоких температурах. Одним из главных преимуществ шнековой печи является получение минимального количества пыли в отходящей пылегазовой смеси при жестком выдерживании в газовой фазе требуемой концентрации реагента - восстановителя (СО + Н2).

При использовании печи на конкретном пирометаллургическом производстве необходима очистка газопылевого потока от пыли, СО2, SО2 и прочих компонентов, поэтому в комплексе с печью была разработана газоочистная установка типа гидрофильтра или скруббера с центробежным движением газового потока и центральным распылением воды для создания водяной завесы.

Результаты промышленных испытаний гидрофильтра в системе газоочистных устройств

Испытания нового типа газоочистного оборудования были проведены на лабораторной установке шнековой печи и опробованы в промышленном масштабе на крупнейшем в ОК РУСАЛ предприятии -производителе глинозема. Процесс спекания нефелиновой руды с известняком и содой на комбинате проводится во вращающихся печах [12, 13]. Для улавливания пыли в отходящих газах печей спекания в

настоящее время используется аппаратура системы двухступенчатой очистки, а именно: пылевая камера, два электрофильтра, два дымососа и дымовая труба. В качестве газоочистного раствора для улавливания тонкой технологической пыли в отходящих газах и возврата ее в технологический процесс используется оборотная щелочная (подшламовая) вода (ПШВ), образующаяся в результате гидрометаллургической переработки спека и отведенная на шламовое поле.

Предлагаемая третья, дополнительная, ступень газоочистки с пропускной способностью 400 тыс. м3/ч состоит из двух скрубберов, содержащих направляющие решетки, газораспределительный тракт, систему подачи воды на скрубберы, емкость сбора и откачки отработанных растворов. Очистка дымовых газов происходит в дисперсном водо-воздушном слое, формирующемся при прохождении газов снизу вверх через диспергирующую решетку. На решетку сверху из центра под давлением до 0,405 МПа. при помощи рассекателя подается орошающий раствор, равномерно создающий водяную завесу над всей площадью решетки.

Объектами исследований явились дымовые газы на входе и выходе из установки третьей ступени очистки газов, оборотная щелочная вода, поступающая на газоочистку, и растворы после газоочистки, откачиваемые на шламовое поле. При испытаниях были предусмотрены: кольцевая схема подачи промывочной воды с индивидуальным отбором на каждый аппарат; установление емкости для сбора всех промывочных вод; установка двух грунтовых насосов откачки.

Результаты исследований представлены в табл. 1. В период проведения замеров максимальная температура газов, поступающих из электрофильтра в ГОУ, составляла 166°С, минимальная - 105°С [14]. В среднем температура выходящих из ГОУ газов снижалась на 50-90°С в зависимости от температуры газов на входе, расхода ПШВ и ее температуры (расход ПШВ изменялся в интервале 0,2-1,2 л/м3 очища-

емого газа с дискретностью 0,2 л/м ). Очевидно, что при увеличении количества подаваемого газоочистного раствора на единицу объема запыленного газа эффективность газоочистки повышается. При рециркуляции ПШВ до 4-х циклов были получены логарифмические зависимости КПД пыле-очистки от расхода подаваемой ПШВ (рис. 1, 2). Согласно полученным данным работу гидрофильтра можно считать высокоэффективной с КПД выше 80% при расходе ПШВ более 0,6 л/м3. Снижение расхода ПШВ ниже 0,4 л/м3 приводит к резкому снижению эффективности улавливания газов (см. рис. 2). Увеличение расхода ПШВ выше 1,2 л/м3 приводит к увеличению гидравлического сопротивления системы и требует дополнительной мощности дымососов и расхода электроэнергии.

Повторный возврат в цикл ГОУ ПШВ не приводит к ухудшению эффективности пылеочистки, увеличение циклов до 4-х снижает эффективность очистки в среднем на 5% по сравнению с эффективностью

пылеочистки, полученной для поточной схемы. Резкое снижение эффективности газоочистки получено при увеличении циклов возврата ПШВ более 6-ти раз (см. рис. 2).

Для определения эффективности очистки газов от моно- и диоксидов углерода, азота и серы проводились аналитические исследования газов, поступающих в гидрофильтр, и после выхода из него. Согласно данным, представленным в табл. 2, при контакте газа с ПШВ происходит частичная абсорбция диоксидов углерода, при этом чем больше расход используемого газоочистного раствора и меньше количество рециркуляции ее обратно в ГОУ, тем выше эффективность газоочистки по СО2. После газоочистки состав отработанной ПШВ отличается от его первоначального состава полной карбонизацией каустической соды в растворе и отсутствием алюмината натрия при увеличении содержания общей соды в растворе (табл. 2).

Эффективность очистки отходящих газов от диоксида углерода Efficiency of flue gases purification from carbon dioxide

Таблица 1

Table 1

Номер замера Точки отбора проб Расход воды, л/м3 Количество циклов подачи ПШВ рН Содержание СО2 в газе, % КПД по СО2, %

8 Вход в скруббер 0,4 2 - 15 14,7

Выход из скруббера 12,8

12 Вход в скруббер 1,2 2 - 12 40,0

Выход из скруббера 7,2

13 Вход в скруббер 0,2 4 10,35 12,8 -3,1

Выход из скруббера 13,2

14 Вход в скруббер 0,4 4 10,45 14 10,0

Выход из скруббера 12,6

15 Вход в скруббер 0,6 4 10,55 13,8 11,6

Выход из скруббера 12,2

• 1 ци> л -в-; ци»ла А 4 ци»ла -*-6 циклов

Рис. 2. Влияние расхода ПШВ на эффективность очистки ГОУот пыли Fig. 2. Influence of pond liquor consumption on GCI dust cleaning efficiency

3 4 5 6

Количество циклов при расходе ПШВ 0.6 лЛаЗ Рис. 3. Влияние количества циклов ПШВ, подаваемой на ГОУ, на эффективность пылеочистки Fig. 3. Influence of the number of cycles of the pond liquor supplied to GCI on dust cleaning efficiency

Химический состав ПШВ до и после прохождения ГОУ Pond liquor chemical composition before and after GCI treatment

Таблица 2 Table 2

Раствор о Состав, г/дм3

Na2Oo6i4 Na2OKy* AI2O3 NaHCO3

ПШВ исходная 17,6 10,4 4,1 0

ПШВ после очистки газа 19,2 8,7 3,7 0,1

*Na2OKy - содержание каустической щелочи (в пересчете на Na2O) в ПШВ.

По-видимому, при прохождении отходящих газов через раствор ПШВ произошла частичная карбонизация каустической соды по необратимой реакции:

2NaOH + СО2 = ^СОэ + Н2О. (1) Парциальное давление СО2 над раствором едкого натра в процессе поглощения равно нулю до тех пор, пока вся ще-

Таблица 3

Минералогический состав осадка после обработки воды Ca(OH)2

Table 3

Mineralogical composition of deposit after water treatment with Ca(OH)2_

\\Проба Содержание, %

> 45 45-25 15-5 < 5

Осадок после обработки воды СаСО3 (кальцит) SiO2 (кварц), Са(ОН)2

Шлам с дозатора (3Са0-А!203^Ю2-(6-х)Н20) -гидрогранаты Са ГАСН* СаСОз А1(ОН)з, FeOOH

Осадок воды из оборотного бака (испыт. уст.) шлам

Твердая фаза раствора после улавливания спековой пыли Na2C03 - K2S04 K3Na(S04)2 NaAlC03(0H)2 ГАСН, ГКАК**

* ГАСН - гидроалюмосиликаты натрия (Na20-A1203-nSi02-xH20); **ГКАК - гидроалюмокарбонат кальция (3СаОА12О3-СаСО3-11Н2О).

лочь не перейдет в карбонат. Поглощение СО2 раствором карбоната натрия протекает с образованием бикарбоната:

СО2 + Na2COs + Н2О = 2NaHCOs. (2)

Дифференциальная теплота растворения СО2 в растворах едких щелочей независимо от рода катиона составляет 117 кДж/моль. Установлено, что с повышением температуры увеличивается скорость абсорбции СО2 щелочью, а увеличение концентрации карбоната в растворе, наоборот, способствует снижению скорости абсорбции.

Регенерация отработанного раствора щелочи осуществляется известью, которая составляет более 50% от состава общей пыли:

Na2COs + Ca(OH)2 = 2NaOH + CaCOs. (3)

Процесс проходит при контакте горячих пылегазовых частиц и капель жидкой фазы при температуре более 90-95°С в условиях их активного перемешивания в аппарате.

Твердая фаза в сливе после газоочистки была исследована методом рент-генофазового анализа при помощи спектрометра с волновой дисперсией S8 TIGER фирмы «Bruker» (Германия). Установлено, что осадок после обработки оборотной воды Ca(OH)2 в основном представляет собой

кальцит (табл. 3). Кроме этого в исследованной твердой фазе содержится карбонат натрия с небольшим количеством сульфатов калия и натрия. Содержание А1203 и №20 в жидкой фазе осадка соответствует составу ПШВ.

Оксид алюминия, содержащийся в используемом газоочистном растворе в растворимой форме алюмината натрия, в результате карбонизации выделился в осадок в виде А1(ОН)3:

2МаА!(0И)4+С02= 2А1(0Н)3+

+№2С03+Н2О. (4)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Отобранный конденсат пара показал слабощелочную реакцию рН=8,8.

Заключение

1. Была разработана конструкция шнековой печи с электрическим нагревом по зонам, позволяющая последовательно проводить процессы сушки, прокалки, обжига и спекания как сыпучих, так и пастообразных материалов. Преимущества данной печи заключаются в минимальном количестве отходящих технологических газов и жестком регулировании температурных параметров процесса. При этом повышение качества термической обработки материалов достигается за счет расширения температурного диапазона, регулирования и контроля подачи материала в установку.

2. Для очистки отходящих газов печей спекания глиноземсодержащего сырья

в условиях действующего производства предложено использовать гидрофильтр, в котором очистка дымовых газов происходит в дисперсном водо-воздушном слое, формирующемся при прохождении газов снизу вверх через диспергирующую решетку с подаваемым на нее с помощью рассекателя раствором. Водяная завеса, создаваемая от центра к стенкам реактора восходящим воздушным потоком, позволяет активно смешивать капли воды с газовым потоком во всем объеме реактора, а также производить сепарацию жидкости и твердых частиц на стенках аппарата с отводом их через специальные трубы в донную часть.

3. Эффективность работы установленных гидрофильтров при экспериментальной апробации в условиях действующего производства составила в среднем 85% при расходе орошающего раствора 0,3-0,45 дм3/нм3 очищаемого газа.

4. Содержание диоксидов серы, углерода в газовом потоке, отходящем из гидрофильтра, существенно ниже значений предельно допустимых выбросов.

5. В осадке отмечается образование алюмокарбоната натрия, то есть действительно происходит связывание части СО2, содержащегося в отходящих газах, и этим, возможно, объясняется уменьшение содержания в газах данного компонента прохождении им гидрофильтра.

6. Содержание алюмината в растворе оборотной щелочной воды снижается в несколько раз при каждом цикле орошения и минимально определяется после 4-х-кратной подачи на гидрофильтр. Компонентный состав осадка соответствует дан-

ным химического анализа шихты с повышенным содержанием оксидов алюминия и кальция. Содержание сульфата кальция в сливе с установки несколько выше за счет улавливания соединений серы, содержащихся в отходящих газах. Концентрация каустической щелочи в растворах снижается с увеличением количества циклов за счет ее взаимодействия с диоксидом углерода отходящих газов и образованием кальцинированной соды. Содержание общей щелочности при этом в сливе с установки выше, чем в оборотном растворе на 2 г/дм3 на каждый цикл подачи на орошение за счет улавливания частиц пыли, содержащих щелочные элементы.

7. По фазовому и химическому составу твердая фаза, содержащаяся в сливе с установки, аналогична составу частично выщелоченного спека. Твердая фаза слива представляет собой в основном двухкаль-циевый силикат а- и в-модификаций (а,в-02Э), в небольшом количестве присутствует кальцит (СаСО3), в следовых количествах (менее 5%) содержатся гидрогранаты кальция (3Са0А1203хБЮ2), гидроалюмосиликаты натрия Ма20А1203 пБЮ2хН20, кальциевые алюминаты (Са0А1203), муллит (3А12О3-2БЮ2), кальций-магниевые силикаты (Са0Мд0ЭЮ2).

8. Очистка газов печей спекания щелочной водой в аппаратах типа гидрофильтр позволяет не только очищать отходящий газ от пыли, Э02, СО2, но и проводить процесс карбонизации, очищая щелочной раствор ПШВ от растворимых соединений с получением насыщенного содового промпродукта.

Статья поступила 15.04.2016 г.

Библиографический список

1. Сизяков В.М., Власов А.А., Бажин В.Ю. Стратегические задачи металлургического комплекса России // Цветные металлы. 2016. № 1. С. 32-38.

2. Немчинова Н.В., Лебедев Н.В., Пунишко О.А., Тютрин А.А. Выбор металлургического оборудования для повышения эффективности производства [Электронный ресурс] // Современные проблемы науки и образования. 11Р1_: http://www.science-education.ru/120-r15565 (25.04.2016).

3. Минеев Г.Г., Минеева Т.С., Жучков И.А., Зелинская Е.В. Теория металлургических процессов: учебник для вузов. Иркутск: Изд-во ИрГТУ,

2010. 524 с.

4. Зайцев П.В., Шнеерсон Я.М. Автоклавные процессы переработки медьсодержащего сырья // Цветные металлы, 2016. № 1. С. 26-31.

5. Heino J., Koskenkari T. Industrial ecology and the metallurgy industry. The Harjavalta industrial ecosystem // Proceedings of the waste minimization and resources use optimization conference. 2004. Vol. 10. Р. 143-151.

6. Набойченко С.С., Агеев Н.Г., Карелов С.В., Мамя-ченков С.В., Сергеев В.А. Процессы и аппараты цветной металлургии. Екатеринбург: Изд-во УрФУ

им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, 2013. 700 с.

7. Andresen B. The metallurgical silicon process revisited // Silicon for the Chemical And Solar Industry X: Proceedings of the International conference. Trondheim. NTNU Publ., 2010. Р. 11-23.

8. Немчинова Н.В., Бельский С.С., Тимофеев А.К. Исследование процесса карботермического получения кремния в электродуговых печах // Технология металлов. 2012. № 6. С. 3-9.

9. Беркутов Н.А., Рожнев А.В., Кошкаров Д.А., Степанов Ю.В. Оценка качества металлургического кокса. Экспресс-метод определения реакционной способности и послереакционной прочности кокса // Кокс и химия. 2015. № 6. С. 10-14.

10. Романтеев Ю. П., Быстров В. П. Металлургия тяжелых цветных металлов. Свинец. Цинк. Кадмий. М.: Изд-во МИСиС, 2010. 576 с.

11. Пат. на полезную модель № 109280, МПК7

1. Siziakov V.M., Vlasov A.A., Bazhin V.Iu. Strate-gicheskie zadachi metallurgicheskogo kompleksa Ros-sii [Strategic objectives of metallurgical complex of Russia]. Tsvetnye metally - Non-Ferrous Metals, 2016, no. 1, pp. 32-38.

2. Nemchinova N.V., Lebedev N.V., Punishko O.A., Tiutrin A.A. Vybor metallurgicheskogo oborudovaniia dlia povysheniia effektivnosti proizvodstva [Choice of metallurgical equipment to improve production efficiency]. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniia -Modern Problems of Science and Education. Available at: http://www.science-education.ru/120-r15565 (accessed 25 April 2016).

3. Mineev G.G., Mineeva T.S., Zhuchkov I.A., Zel-inskaia E.V. Teoriia metallurgicheskikh protsessov: uchebnik dlia vuzov [Theory of metallurgical processes]. Irkutsk, IrGTU Publ., 2010. 524 p.

4. Zaitsev P.V., Shneerson Ia.M. Avtoklavnye protsessy pererabotki med'soderzhashchego syr'ia [Autoclave processing of copper-bearing materials]. Tsvetnyie metallyi - Non-Ferrous Metals. 2016, no. 1, pp. 26-31.

5. Heino J., Koskenkari T. Industrial ecology and the metallurgy industry. The Harjavalta industrial ecosystem. Proceedings of the waste minimization and resources use optimization conference, 2004, vol. 10, pp. 143-151.

6. Naboichenko S.S., Ageev N.G., Karelov S.V., Ma-miachenkov S.V., Sergeev V.A. Protsessy i apparaty tsvetnoi metallurgii [Processes and devices of non-ferrous metallurgy]. Yekaterinburg, UrFU of Boris Yeltsin first President of Russia Publ., 2013. 700 p.

7. Andresen B. The metallurgical silicon process revisited. Silicon for the Chemical and Solar Industry X: Proceedings of the International Conference. Trondheim, NTNU Publ., 2010, pp. 11-23.

8. Nemchinova N.V., Bel'skii S.S., Timofeev A.K. Issle-dovanie protsessa karbotermicheskogo polucheniia kremniia v elektrodugovykh pechakh [The investigation of the process of silicon carbothermic production in electric arc furnaces]. Tehnologija metallov - Metal

F26B11/14, РФ. Установка для термической обработки материалов / К.Е. Дружинин. Заявл. 24.05.2011, опубл. 10.10.2011.

12. Минцис М.Я., Николаев И.В., Сиразутдинов Г.А. Производство глинозема. Новосибирск: Наука, 2012. 251 с.

13. Липин В. А., Баймаков А. Ю., Казаков В. Г. Пути совершенствования технологии переработки алюмосиликатного сырья на глинозем и сопутствующие продукты // Цветные металлы. 2014. № 4. С. 62-68.

14. Дружинин К.Е., Немчинова Н.В. Усовершенствование схемы очистки технологических газов от печей спекания при производстве глинозема // Перспективы развития технологии переработки углеводородных и минеральных ресурсов: материалы VI Всерос. науч.-практ. конф. Иркутск. 2016. С. 209-211.

Technology, 2012, no. 6, pp. 3-9.

9. Berkutov N.A., Rozhnev A.V., Koshkarov D.A., Ste-panov lu.V. Otsenka kachestva me-tallurgicheskogo koksa. Ekspress-metod opredeleniia reaktsionnoi sposobnosti i poslereaktsionnoi prochnosti koksa [Evaluation of the quality of metallurgical coke. Express-method for determining post-reactivity and strength of coke]. Koks i khimiia - Coke and Chemistry, 2015, no. 6, pp. 10-14.

10. Romanteev lu.P., Bystrov V.P. Metallurgiia tiazhelykh tsvetnykh metallov. Svinets. Tsink. Kadmii [Metallurgy of heavy non-ferrous metals. Lead. Zinc. Cadmium]. Moscow, MISIS Publ., 2010. 576 p.

11. Druzhinin K.E. Ustanovka dlia termicheskoi obrabotki materialov [Apparatus for heat treatment of materials]. A utility model. Patent no. 109280, 2011. Russian Federation.

12. Mintsis M.la., Nikolaev I.V., Sirazutdinov G.A. Pro-izvodstvo glinozema [Alumina production]. Novosibirsk, Nauka Publ., 2012. 251 p.

13. Lipin V. A., Baimakov A. lu., Kazakov V. G. Puti sovershenstvovaniia tekhnologii pererabotki aliumosili-katnogo syr'ia na glinozem i soputstvuiushchie produkty [Ways of improvement of the technology of processing of aluminosilicate raw materials on alumina and byproducts]. Tsvetnye metally - Non-Ferrous Metals, 2014, no. 4, pp. 62-68.

14. Druzhinin K.E., Nemchinova N.V. Usovershenstvo-vanie skhemy ochistki tekhnologicheskikh gazov ot pechei spekaniia pri proizvodstve glinozema [Improvement of process gases purification scheme of sintering furnaces under alumina production]. Materialyi 6 Vse-rossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii "Per-spektivyi razvitiya tehnologii pererabotki uglevodorod-nyih i mineralnyih resursov" [Materials of the 6th All-Russian scientific and practical conference "Development prospects of hydrocarbon and mineral resources processing technology]. Irkutsk, IRNITU Publ., 2016, pp. 209-211.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.