CC BY
14
УДК 628.4
Жуков Д.Ю., Аверина Ю.М., Ветрова М.А.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЦИКЛИНГ ОТХОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ ОБЕДНЕННЫХ МАРГАНЦЕВЫХ РУД
Жуков Дмитрий Юрьевич - начальник управления научной и инновационной политики, Российский университет
дружбы народов (РУДН).
117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6.
Аверина Юлия Михайловна - к.т.н., доцент каф. ИМиЗК, председатель ОСМУСС РХТУ имени Д.И. Менделеева, e-mail: averinaj m@mail.ru;
Ветрова Маргарита Александровна - студентка каф. ИМиЗК РХТУ имени Д.И. Менделеева; Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева. 125190, Москва, Миусская пл., 9
В данной статье описаны разработанные установки рециклинга двух основных видов отходов образующихся в ходе технологической переработки обедненного марганцевого сырья. Предложенный способ внедрения в технологическую схему переработки марганцевых руд отдельного блока переработки позволит перерабатывать отходы в высококачественную конкурентоспособную марганцевую продукцию. Разработанные решения направлены на повышение экологической безопасности технологической переработки обедненного марганцевого сырья.
Ключевые слова: обеднённые марганцевые руды, отходы, экологическая безопасность.
TECHNOLOGICAL RECYCLING OF WASTE MANUFACTURING DIFFERENT MANGANEOUS ORE
Zhukov D.Yu.*, Averina Yu.M., Vetrova M.A.
*Peoples Friedship University of Russia;
Mendeleev University of Chemical Technology of Russia.
This article describes the developed recycling facilities for the two main types of waste produced during processing of depleted manganese raw materials. The proposed method of introducing into the technological scheme of processing of manganese ores of a separate processing unit will allow to process waste into high-quality competitive manganese products. The developed solutions are aimed at improving the ecological safety of technological processing of depleted manganese raw materials.
Key words: depleted manganese ores, waste, ecological safety.
Систематические научно-прикладные
исследования, направленные на разработку комплекса гидрометаллургических технологий и технологического оборудования для переработки бедного, труднообогатимого марганцевого сырья (бедные фосфористые руды (карбонатные и окисные), отвалов горно-обогатительных комбинатов, шлаков ферросплавных производств, донных (шельфовых) железомарганцевых конкреций) в высококачественную
конкурентоспособную марганцевую продукцию (чистые оксиды марганца, марганцевые ферросплавы, металлический марганец и лигатуры) проводятся в России для обеспечения экономической (обеспечение экономики страны марганцем) и экологической безопасности (минимизация техногенных отходов и вовлечение в технологический оборот труднообогатимого сырья) [1].
В ходе технологической переработки обедненного марганцевого сырья образуется два основных вида отходов:
1. жидкие - отходы этапа гидрометаллургического передела, которые сравнительно просто (выпаркой и кристаллизацией) на соответствующих участках будут превращаться в ценный побочный продукт -удобрение; одновременно будет образовываться конденсат, подлежащий применению для технологических нужд;
2. твёрдые - отсевы, хвосты, шламы и шлаки, которые можно использовать для производства стройматериалов, что потребует создания отдельного технологического этапа переработки твёрдых отходов (этапа рециклинга).
Спецификация типов отходов,
образующихся на каждом их этапов технологического комплекса переработки марганцевых руд, приведена в табл. 1.
Таблица 1 - Отходы технологического комплекса
Стадия Процесс Отходы и побочные продукты производства
Первый уровень комплекса Физико-механическая подготовка и обогащение марганецсодержащего сырья отвалы (хвосты) марганцевых руд с содержанием марганца менее 7 %.
Второй уровень комплекса Узел сульфатного выщелачивания рудный шлам с низким (< 3 %) содержанием марганца в нейтральной форме
Нитратный узел кальций-магниевая селитра
Хемосорбционный узел сульфат аммония. широко используется в качестве азотного удобрения
Третий уровень комплекса Электролитический узел шлаки, частично могут использоваться в качестве стройматериалов
Для переработки подобных отходов в стройматериалы разработано несколько технологий, успешно внедрённых в промышленность. В качестве начальной стадии рециклинга рекомендуется технология производства стенового камня из
гипсосодержащих отходов электролиза.
Технологическая схема предусматривает следующие переделы.
Приготовление суспензии. Влажный отход разбавляется оборотным фильтратом до получения соотношения Ж:Т = 0,8 - 1,1, перемешивается мешалкой, туда же вводится добавка, регулирующая процесс кристаллизации полугидрата, в количестве 0,01 -0,03% от массы сухого отхода.
Автоклавная обработка. Приготовленная суспензия насосом под давлением 2-3 ати непрерывно подается в верхнюю часть автоклава с мешалкой, где происходит дегидратация гипса и кристаллизация из раствора полугидрата сульфата кальция а-формы. Через трубу передавливания из нижней части автоклава суспензия полугидрата непрерывно поступает на фильтрацию.
Фильтрация. Суспензия полугидрата охлаждается до 90-95°С в расширителе и поступает на фильтр, где обезвоживается. Горячий фильтрат подается на приготовление суспензии, а охлажденный - на узел формования изделий. Полученный после фильтра материал с влажностью 7 - 12% уже является влажным вяжущим, так как состоит в основном из полугидрата сульфата кальция.
Формование изделий. Отфильтрованный материал как полуфабрикат подается в смеситель-активатор, где смешивается с охлажденным фильтратом и подвергается активации для ускорения твердения изделий. Полученной формовочной массой литейной консистенции заполняются формы карусельной
машины. Через 10-15 мин изделия затвердевают, выталкиваются из форм, укладываются на поддоны, пакетируется при помощи упаковочного устройства и в пакетированном виде отправляются на склад готовой продукции.
Для повышения водостойкости в суспензию (до автоклавной обработки) могут вводиться тонкомолотые гидравлические добавки (шлаки, золы, цемент и др.), а для экономии вяжущего в формовочную массу - различные заполнители. Все оборудование линии выпускается в Российской Федерации.
Основная побочная продукция
хемосорбционного узла - 23 % раствор аммония сернокислого. После упарки до 35 %, этот раствор является товарным продуктом, соответствующим требованиям стандарта [2]. После упаривания до кристаллического состояния, он становится товарным продуктом. Используется в сельском хозяйстве в качестве азотного удобрения. Характеристика аммония сернокислого безводного (NH4)2SO4 (ГОСТ 909782): Молекулярная масса - 132,13, плотность 23 % раствора - 1150 кг/м3, ПДК = 10 мг/м3 (3 класс опасности в воде). Растворимость в воде: пПри 25°С - 46,30 %, при 100°С -50,42 %. Не горюч, не взрывоопасен.
Основная побочная продукция нитратного узла - раствор нитратов кальция и магния. После упаривания и гранулирования этот отход нитратной технологии превращается в весьма ценный продукт - кальций-магниевую селитру [3]. Этот продукт применяются во множестве отраслей промышленности - от сельского хозяйства, до производства взрывчатых веществ. Так как состав этого продукта весьма сильно зависит от состава исходного сырья, на данном этапе не осуществляется привязка к требованиям какого-либо конкретного стандарта.
В рамках технологического комплекса рециклинга для запуска технологической установки необходимо, чтобы действовал участок выпаривания и кристаллизации растворов.
Для валоризации жидких отходов переработки обедненных марганцевых руд разработан этап рециклинга жидких отходов, состоящий из двух основных узлов:
1. Узел упаривания жидких отходов, поступающих со второго технологического уровня (растворов сульфата аммония или смеси нитратов кальция и магния). Главный аппарат Узла упаривания - электрический упариватель с перемешивающим устройством.
2. Узел сушки и грануляции сгущённых жидких отходов. Главный аппарат Узла -аппарат сушки во взвешенном слое (С1).
Узел упаривания жидких отходов. Упариватель жидких отходов представляет собой ёмкость с внешним электрическим нагревом, перемешивающим устройством и управляющей автоматикой, обеспечивающей необходимую температуру нагрева, его равномерность и степень упаривания. Пар из этого аппарата, через обычный конденсатор, снабжает этап гидрометаллургической переработки и
электролиза водным конденсатом,
обеспечивающим необходимую чистоту продукции. Упаренный раствор поступает либо на продажу (в тёплый сезон, как жидкое удобрение) либо - на Узел грануляции, для высушивания и упаковки в мешки.
Узел сушки и грануляции сгущённых жидких отходов. Узел грануляции состоит из нескольких аппаратов (рис. 1). Сушка предварительно сгущённых жидких отходов происходит на инертных фторопластовых частицах
цилиндрической формы. Аппарат для сушки раствора состоит из основного корпуса, в котором установлено газораспределительное устройство. Газораспределительное устройство с боковой подачей газа выполнено в виде желоба с переменным по высоте сечением, что обеспечивает устойчивый и равномерный контакт горячего газа как с инертными частицами,
находящимися во взвешенном состоянии, так и с высушиваемым материалом.
При тангенциальном подводе газа образуется фонтан инертных частиц, движущихся с высокой скоростью, что обеспечивает устойчивый гидродинамический режим сушки раствора и дробления высушенной пленки. По центру происходит загрузка и распыление раствора сульфата аммония пневматической форсункой.
Готовый продукт выгружается из аппарата вместе с отработанным воздухом через трубопровод. Так как скорость в трубопроводе ниже скорости витания частиц инерта, исключается вынос фторопластовых частиц.
Аппарат снабжен окном-люком, которое может использоваться для наблюдения за работой аппарата и для обслуживания аппарата (загрузки и выгрузки материала, чистки аппарата и т.д.).
Предусмотрена теплоизоляция нижней части аппарата матами из базальтового волокна толщиной 50 мм. Желательно теплоизолировать трубопроводы топочных газов и циклон во избежание их охлаждения до точки росы.
Раствор сульфата аммония, содержащий не более 77 % влаги, подается из исходной емкости в скруббер, где используется для поглощения пыли и подупаривается. Раствор в скруббере циркулирует с использованием бака и насоса, чтобы обеспечить требуемую плотность орошения. Упаренный и сконцентрированный раствор подается на сушку в сушильный аппарат насосом. Снизу в сушильный аппарат вентилятором подается воздух, подогретый в калорифере. В сушильном аппарате , распыляемая жидкость высыхает на поверхности инертных тел, дробится и, в виде порошка, выносится с отработанным воздухом в прямоточный циклон диаметром 150 мм, высотой 700 мм.
Мелкая фракция, уловленная циклоном, выгружается из него в бункер выгрузки готовой продукции, а отработанный воздух, прошедший сухую очистку в циклоне, вместе с мелкой пылью поступает для дальнейшей очистки в скруббер, а затем, дымососом, выбрасывается в атмосферу через трубу.
Г
Гранулы
Грохот
Сушилка
взвешенного
слоя
Барабанный гранулятор
Дозатор
Емкость
(NH4)2SÜ4,
не более 77%
Атмосфера
т
воздух
Сушильный аппарат
, т
Горячий ВОЗДУХ
------Вентилятор
сконцентрированный раствор
Т Калорифер
Бункер для сбора готовой продукции
Готоваяг
продукция
Прямоточный циклон
Рис. 1. Узел сушки и грануляции сгущённых жидких отходов
Расход воздуха, подаваемого в сушильный аппарат, и разрежение в аппарате контролируются регуляторами частоты вращения вентиляторов.
Далее пыль, выгруженная из циклона в бункер готового продукта, дозатором, подаётся в барабан-гранулятор. Одновременно насосом-дозатором туда же подается раствор сульфата аммония из ёмкости. Полученные в барабане агломерированные влажные гранулы, высыпаются в сушилку взвешенного слоя, где сушатся нагретым воздухом из калорифера.
Отработанный воздух из сушилки, вместе с мелким продуктом, подается в циклон , и далее - в скруббер. Высушенные гранулы отправляются на грохот, где разделяются по верхнему размеру. Нижняя фракция упаковывается, как готовый продукт. Крупная фракция (которой предполагается немного) высыпается в мешок и затем добавляется в исходный раствор. Выводы
В технологическом комплексе разработаны установки рециклинга двух основных видов отходов:
- жидких, поступающих с Блока гидрометаллургического передела, которые выпаркой и кристаллизацией на соответствующих участках этого Блока будут превращаться в ценный побочный продукт (удобрение), заодно давая конденсат для технологических нужд;
- твёрдых - отсевы, хвосты, шламы и шлаки, которые можно использовать для производства стройматериалов путем создания отдельного Блока переработки твёрдых отходов.
Разработанные решения направлены на повышение экологической безопасности
технологической переработки обедненного марганцевого сырья.
Литература
1. Zhukov D., Malkov A. Advances in Manganese production technology: a new source of economic and environmental security for Russia // Proceedings of the 14th International Multidisciplinary Scientific Geoconference SGEM-2014. Albena, 2014. Volume 4. Environmental Economics. P. 11-16.
2. ГОСТ 10873-73 Аммоний сернокислый (сульфат аммония) очищенный. Технические условия. [Электронный ресурс]. URL: http://protect.gost.ru/document.aspx?control=7&id=167 508.
3. ГОСТ 4142-77 Кальций азотнокислый 4-водный. Технические условия. [Электронный ресурс]. URL: http://protect.gost.ru/v.aspx?control=8&baseC=-1&page=0&month=- 1&year=-1&search=&RegNum=1 &DocÜnPageCount= 15&id=1
