Утилизация пылевидных цинк-железосодержащих отходов горно-перерабатывающих предприятий Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© Т.А. Лытаева, М.А. Пашкевич, 2014

УДК 669.054.8

Т.А. Лытаева, М.А. Пашкевич

УТИЛИЗАЦИЯ ПЫЛЕВИДНЫХ ЦИНК-ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ ГОРНО-ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Отходы предприятий горно-металлургического комплекса оказывают негативное воздействие на компоненты окружающей природной среды, при этом происходит формирование атмо-, лито- и гидрогеохимических ореолов загрязнения. К наименее утилизируемой группе отходов горно-перерабатывающих предприятий относятся дисперсные отходы, уловленные в системах очистки аспиранионных и технологических выбросов в виде пыли.Накопленные пылевидные отходы представляют собой крупный сырьевой источник для производства черных и нветных металлов, сопоставимый по содержанию полезных компонентов с природными месторождениями. Учитывая негативное влияние отходов на окружающую среду, ограниченные возможности по расширению объемов накопителей, а также истощение источников исходного минерального сырья, актуальной является задача разработки способа утилизании пылевидных нинк-железосодержащих отходов. Ключевые слова: пылевидные нинк-железосодержащие отходы, извлечение нинка, вельневание, автоклавное выщелачивание.

Функционирование предприятий горно-перерабатывающей промышленности сопровождается образованием значительного количества пылей и шламов систем газоочистки, которые являются одним из основных источников загрязнения и нарушения компонентов окружающей природной среды. [2]

Так, по данным группы ООО «Магнезит» на территории Российской Федерации ежегодно образуется более 200 тыс. т. пылевидных цинк-железосодержащих отходов.

Не снижающиеся объемы производства требуют решения сопутствующих экологических проблем, прежде всего утилизации накапливаемых отходов.

Использование цинк-железосодержащих отходов в агломерационном или доменном производствах горно-перерабатывающих предприятий невозможно без предварительного извлечения цинка.

Наиболее распространенной в мире технологией, используемой для пере-

работки пылевидных цинк-железосодержащих отходов, является пироме-таллургический процесс (вельцевание).

Сущность вельцевания состоит в том, что цинк-железосодержащий дисперсный материал смешивают с коксиком и при высокой температуре перемешивают шихту для равномерной газификации коксика и отгонки цинка по всей массе шихты. Пылега-зовый поток по выходе из трубчатой печи попадает в пылевую камеру, где оседает грубая пыль (механический унос шихты), через кулера (батарея труб, через стенки которых газ охлаждается наружным воздухом), а затем через рукавные фильтры, где улавливаются возгоны (вельц-оксиды). [3]

Однако пирометаллургические схемы имеют следующие недостатки: необходимость специальной шихтоподго-товки (сушка, грануляция), доработки получаемых полупродуктов (пыль, газы, шлак), необходимость установки систем газоочистки; данные процессы чувствительны к колебаниям состава сырья,

связаны с использованием дефицитного кокса, для них характерно интенсивное настылеобразование и трудности в аппаратурном оформлении.

Главными факторами, определяющими возможность утилизации отхода, являются не только его химический состав, физическое состояние, технические возможности существующих технологий, но и экономическая целесообразность с учетом экологической перспективы. В этой связи предлагается гидрометаллургическое направление переработки пылевидных цинк-железосодержащих отходов.

При выщелачивании происходит избирательное извлечение цветных металлов в раствор, прежде всего цинка, кадмия, меди.

Переработка цинк-железосодержащих пылей методами гидрометаллургии реализована на некоторых заводах Италии и США. Пыль подвергают выщелачиванию в растворе хлорида аммония. Для цинка реакция имеет вид:

гпО + 2Ш.С1 = 2п(Ш3)?С1? +

+ н2о 4 3 2 2 (1)

Другие металлы (свинец, кадмий, медь) реагируют с хлоридом аммония аналогично. Степень экстракции цинка составляет 60-80%. Твердый остаток (состоящий в основном из оксидов железа и ферритов цинка) высушивают, окомковывают с углем и вводят в шихту дуговой печи, при плавке в которой ферриты цинка диссоциируют, цинк испаряется и удаляется вместе с технологическими газами в систему газоочистки (где цинксодержащая пыль опять улавливается).

Известна технология, включающая в себя выщелачивание цинка, свинца, меди, кадмия раствором уксусной кислоты с образованием соответствующих растворимых комплексов металлов и последующее сульфидное осаждение тяжелых металлов сероводородом Н2Б. [3]

однако эти способы являются малоэффективными применимо к цинк-железосодержащим продуктам с высоким содержанием цинка в виде ферритов (до 95%).

Автоклавное выщелачивание является наиболее интенсивным вариантом вскрытия разнообразных видов минерального сырья и полупродуктов производства. Это достигается за счет использования повышенных температур (400^560 К), давлений реакционного газа (0,2^1,5 МПа). Поскольку процесс осуществляется в герметичной аппаратуре, то это наиболее экологически выдержанный вариант извлечения цинка, обеспечивающий эффективное использование теплоносителя и высокие показатели извлечения на выходе. [1]

В качестве исходного сырья использовалась проба пыли от систем аспирации и газоочистки сталеплавильного производства. наиболее значимые результаты рентгенофлуоресцентного анализа представлены в табл. 1.

Таблица 1

Результаты рентгенофлуоресиентного анализа проб пыли

Компоненты Содержанне,%

Ре (об) 38

гп 24

СаО 11

МдО 2,1

Мп 2,2

бЮ„ 5,4

С1 3,1

РЬ 2,4

са 0,4

Си 0,2

N1 0,03

Сг 0,2

Б 1,2

Р 0,1

С 5,32

Таблица 2

Параметры и показатели автоклавного сернокислого выщелачивания пыли сталеплавильного производства

№ опыта Условия выщелачивания Извлечение в раствор,% Состав раствора, г/л

t °C C(H2SO4), г/л Время, ч Zn Fe Cd Zn Fe Cd

1 160 220 2 62,62 8,98 61,23 51,49 13,12 0,71

2 160 250 2 91,67 16,60 87,10 75,38 24,25 1,01

3 180 220 2 73,20 10,28 68,13 60,19 15,02 0,79

4 180 250 2 97,64 20,78 96,59 80,29 30,36 1,12

С целью установления фазового состава пыли сталеплавильного производства лабораторией аналитических исследований Горного университета был проведена рентгеновская дифрактометрия, которая показала, что цинк в пыли находится в основном в виде феррита цинка (гпО. Ре2О3) (до 95%), который является трудно вскрываемым соединением.

Аналогичным рассматриваемой пыли по фазовому и химическому составу являются огарки получаемые при обжиге гп-РЬ промпродуктов. Известна технология, согласной которой промпродукт содержащий,%: 1718 гп, 10 РЬ, 2,5 Си, 20-25 Ре, 32 Б, подвергали окислительному обжигу удаляя до 94% Б. Полученный огарок выщелачивали при 430 К раствором содержащим 220-250 г/л Н2БО4. Через 2 часа в раствор извлекали,%: 9699 гп, Сс1 [1].

Данная технология была взята за образец при проведении экспериментов по автоклавному выщелачиванию пылевидных цинк-железосодержащих отходов. Пробу материала массой 160 г загружали в 1-литровый автоклав с механическим перемешиванием, распульповывали раствором (Ж:Т=3:1), содержащим 220-250 г/л серной кислоты. опыты по автоклавному выщелачиванию проводили при температуре 160-180 °С, время выдержки 2 ч. Выход кека в среднем составил 80%. В табл. 2 показаны усло-

вия и результаты опытов автоклавного сернокислого выщелачивания.

При автоклавном выщелачивании исходного сырья в сернокислом растворе происходит разложение основного соединения цинка (феррита цинка) по следующей реакции:

ZnO Fe2O3 + 4H2SO4 —

ZnSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O (2)

В то же время происходит гидролиз сульфата железа (III) по реакциям: Fe2(SO4)3 + (3+x)H2O -Fe2O3 • xH2O + 3H2SO4 (3)

Fe,,(SO4)3 + (2+2x)H2O -FeOHSC34 • xH2O + H2SO4 (4)

При этом переход железа в раствор равен 15-25%.

В обожженном цинковом концентрате кадмий находится, в основном, в виде оксида и в малых количествах -в виде сульфата, силиката, феррита и сульфида.

Соединения кадмия ведут себя подобно соединениям цинка: CdO+H2SO4 = CdSO4+ H2O (5) CdOSiO2 +H2SO4 = = CdSO4+SiO2H2O (6)

CdOFe2O3+4 H2SO4 = = CdSO4 ^Fe?(SO4)3 (7)

Таким образом, в ходе проведения работ по автоклавному выщелачиванию цинк-железосодержащих пылей показана принципиальная возмож-

ность их переработки гидрометаллургическим способом.

Дальнейшие исследования будут посвящены созданию технологии комплексной переработки пылевидных

цинк-железосодержащих отходов гор-но-перерабатывающих предприятий с получением товарной продукции в виде цинк-кадмиевого и железосодержащего полупродукта.

1. Кляйн С.Э., Козлов П.А., Набой-ченко С. С. Извлечение цинка из рудного сырья. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009. -492 с.

2. Лытаева Т.А., Пашкевич М.А. Утилизация пыли от систем аспирации и газоочистки

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

сталеплавильного производства // Научный вестник МГГУ. - 2013. - № 7(40). - С. 46-50.

3. Ярошенко Ю.Г. Использование вторичных ресурсов черной металлургии: проблемы и решения // Металлургическая теплотехника. - 2011. - Вып. 3(18). ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_

Лытаева Татьяна Анатольевна - аспирант, e-mail: Lytaeva9@yandex.ru,

Пашкевич Мария Анатольевна - доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой,

e-mail: mpash@spmi.ru,

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный».

UDC 669.054.8

UTILIZATION OF THE DUST ZINC-IRON-BEARING WASTES OF MINING AND PROCESSING ENTERPRISES

Lytaeva T.A., Graduate Student, e-mail: Lytaeva9@yandex.ru,

Pashkevich M.A., Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Chair, e-mail: mpash@spmi.ru, National Mineral Resource University «University of Mines»

The waste of companies of mining-metallurgical complex have a negative impact on environment. There is a formation of atmochemical, litochemical and hydrogeochemical pollutions. The least utilized group of the wastes of mining and processing companies are dispersed wastes, caught in the systems of the purification of aspiration and technological emissions in the form of the dust. Accumulated the dust waste represent a major source of raw material for production of ferrous and non-ferrous metals. The content of useful components, they are similar to natural deposits. Given the negative impact of the waste on the environment, limited opportunities for the expansion of drives, depletion of mineral raw materials, the urgent task is to develop the method of disposal of powdered zinc-iron-containing waste.

Key words: dustable zinc-iron scrap, extraction of zinc, the Waelz method, autoclave leaching.

REFERENCES

1. Kljajn S.Je., Kozlov P.A., Nabojchenko S.S. Izvlechenie cinka iz rudnogo syr'ja (Extraction of zinc from ore raw material), Ekaterinburg, UGTU-UPI, 2009, 492 p.

2. Lytaeva T.A., Pashkevich M.A. Nauchnyj vestnik MGGU, 2013, no 7(40), pp. 46-50.

3. Jaroshenko Ju.G. Metallurgicheskaja teplotehnika, 2011, issue 3(18).