ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ДЛЯ ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ И ДЕЗАКТИВАЦИИ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ С ПОЛУЧЕНИЕМ ТОВАРНЫХ ПРОДУКТОВ

Предлагаемая полезная модель относится к области металлургии цветных металлов и может быть использована в титановом производстве для комплексной гидрометаллургической переработки, обезвреживания и дезактивации многокомпонентных полиметаллических отходов производства титана, как техногенного сырья с извлечением ценных компонентов, получением различных товарных продуктов и обезвреживания образующихся при этом вторичных отходов.
7
Известна (Свидетельство РФ на Полезную модель №29530 по заявке №2002132411/20 с приор, от 04.12.2002; Зарег. и опубл.: 20.05.2003; Бюл. №14 МКИС 22 В 60/00.) "Технологическая линия для переработки металлургических отходов" - отработанного расплава титанового производства и пыли от руднотермической плавки (РТП) ильменитовых концентратов.
Известная технологическая линия предусматривает гидрометаллургическую переработку отработанных расплавов титановых хлораторов, сточных вод ванадиевого производства и пыли РТП путем предварительной дезактивации растворов от радионуклидов (продуктов распада тория), осаждения суммы оксигидратов металлов (Fe, Cr, Мn, V, Ti, Zr, Al и др.), отделения всех твердых и пастоообразных отходов, их отверждения с использованием магнезиальных вяжущих материалов (цемента Сорреля) и таким образом перевода токсичных отходов производства в экологически безопасную форму, пригодную для длительного хранения/складирования.
Недостатком известной технологической линии является безвозвратные потери всех ценных компонентов, находящихся в отходах производства, которые по существу представляют собой весьма перспективное техногенное сырье. Другим недостатком известной технологической линии является
отсутствие в ней необходимого оборудования для очистки отходящих газов (пылегазовой смеси) процесса руднотермической восстановительной плавки ильменитовых или других титансодержащих концентратов.
Такими же недостатками обладает другое известное техническое решение (Свидетельство РФ на Полезную модель №29721 с приор, от 04.12.2002; Зарег. и опубл.: 27.05.2003; Бюл. №15.) - "Аппаратурно-технологическая линия для переработки, обезвреживания и дезактивации полиметаллических отходов производства".
2
3
x
y
Известен (Патент РФ на Полезную модель №36015 с приор, от 05.11.2003; Зарег. и опубл.: 20.02.2004; Бюл. №5.) "Технологический участок для дезактивации и комплексной переработки полиметаллических отходов производства". Данное техническое решение обеспечивает переработку, дезактивацию и обезвреживание от токсичных металлов отработанного расплава процесса получения тетрахлорида титана, медьсодержащих отходов и пыли от руднотермических печей. При этом данные известного технического решения позволяют не только обезвреживать отходы от токсичных металлов, но и получать из отходов производства товарные продукты - неорганические пигменты различного цвета и назначения: желтые (α-FeOOH) и/или красные (α-FеO) железооксидные пигменты и высококачественные черные термостойкие пигменты ([Fe, Mn, Cu]O).
Недостатком известной полезной модели является отсутствие в составе технологического участка необходимого оборудования для улавливания тонкодисперсной радиоактивной пыли от руднотермической плавки ильменитовых концентратов. Другим недостатком известного технологического участка является сравнительно небольшая номенклатура выпускаемой товарной продукции.
7
Из известных аналогов наиболее близкой по совокупности признаков, технической сущности и достигаемому при этом техническому результату является (Патент РФ на Полезную модель №37100 с приор, от 10.11.2003; Зарег. и опубл.: 20.04.2004; Бюл. №10, МКИ С 22 В 34/12; 34/22; 60/02)
"Технологический передел для обезвреживания и дезактивации отходов производства с извлечением и утилизацией ценных компонентов" - принята за прототип.
Технологический передел по прототипу включает в себя (рис. I): ванну гидроудаления (1) отработанных расплавов титановых хлораторов, гидроотстойник (2), циркуляционный бак (4), фильтр-пресс (7), бак-сборник осветленных растворов (14), реактор для осаждения гидроксидов металлов (15), верхние патрубки которого соединены с баками-дозаторами раствора щелочи (16) и высокомолекулярного флокулянта (17), а сливной патрубок образует соединение с фильтр-прессом (18) для отделения осадка гидроксидов металлов, баки для приготовления и дозировки раствора хлорида бария (6), шнековый смеситель (8), вход которого соединен с бункером пыли от руднотермической плавки титансодержащих концентратов (9) и патрубком разгрузочного устройства гидроотстойника (2), а выход направлен во второй шнековый смеситель (10), соединенный с бункером исходных магнийсодержащих оксидных материалов (11), баком - дозатором раствора и/или пульпы хлорида магния (12) и с блоком формования, термообработки и прессования композиционной смеси (13), циркуляционный бак (4) имеет соединение с баками-дозаторами растворов сульфита натрия (5) и хлорида бария (6), а нижний слив циркуляционного бака соединен с фильтр-прессом (18) для выделения из пульпы нерастворимого остатка и осадков сульфатов бария/кальция, выход раствора с фильтр-пресса (18) направлен в дополнительно установленный реактор (19) для осаждения суммы оксигидратов железа и марганца, снабженный устройством для подачи сжатого воздуха, верхний патрубок соединен с баками-дозаторами раствора NaOH (20) и щелочного раствора NaClO (21), а патрубок нижнего слива образует соединение с дополнительно установленным фильтр-прессом (22) для фильтрования оксигидратной пульпы, корыто фильтр-пресса (22) имеет соединение с баком репульпатором осадка оксигидратов железа и марганца и сушильной камерой (23), выход из сушильной камеры (23) направлен в бак с
мешалкой (24), имеющей соединение с системой подачи воздуха и баком-дозатором соляной кислоты (25), а нижний слив из бака имеет соединение с дополнительно установленным фильтром (26) для выделения из суспензии осадка оксигидрата железа, фильтр (26) соединен с системой для сушки и прокалки (27) прокалочной печью (28) оксигидратов железа с получением красных железооксидных пигментов, выход маточного раствора и промвод с фильтра (26) направлен в реактор-осадитель (29) оксигидратов марганца, соединенный с баками-дозаторами раствора NaOH (20) и щелочного раствора NaClO (21), а нижний слив из реактора-осадителя (29) образует соединение с нутч-фильтром (30) для выделения из пульпы осадка оксигидратов марганца, нутч-фильтр (30) имеет соединение с сушильным агрегатом (31) и прокалочной печью (32).
4
4
Техническое решение по прототипу - Технологический передел для обезвреживания и дезактивации отходов производства с извлечением и утилизацией ценных компонентов работает следующим образом. Отработанный расплав хлораторов поступает в ванну гидроудаления (1), куда одновременно подают воду и/или циркулирующий раствор (пульпу) и для перемешивания пульпы и предотвращения окисления Fe (II) до Fe (III) барботируют газообразный азот. Образующаяся пульпа самотеком сливается в гидроотстойник (2), где оседает крупная ("песочная") фракция нерастворимого остатка, направляемого в шнековый смеситель (8). Пульпу из гидроотстойника (2) насосом (3) закачивают в циркуляционный бак (4), куда периодически -после каждого цикла циркуляции - из баков-дозаторов (5), (6) подают раствор сульфита натрия для восстановления Fe (III) до Fe (II), а по окончании циркуляции раствор хлорида бария для образования в пульпе Ba(Ca)SO. Затем пульпу из циркуляционного бака (4) подают на фильтр-пресс (7) для отделения тонкодисперсной фазы нерастворимого остатка и сульфатного осадка Ba(Ca)SO с радионуклидами Th и Ra, "захваченными" сульфатными осадками за счет процессов соосаждения, сокристаллизации и адсорбции. Твердую фазу затем из корыта фильтр-пресса направляют в шнековый смеситель (8), куда
2
3
одновременно из бункера (9) подают пыль от руднотермической плавки ильменитовых или других титансодержащих концентратов, а из разгрузочного устройства гидроотстойника (2) песочную фракцию нерастворимого остатка, содержащего повышенное количество радионуклидов. Полученную смесь направляют в шнековый смеситель (10), куда из бункера-дозатора (11) подают магнийсодержащие минеральные оксидные материалы (серпентинит, и/или брусит, и/или магнезит), а из бака - дозатора (12) подают раствор и/или пульпу хлорида магния, например, сгущенную магнезиальную пульпу (суспензию), образующуюся при очистке отходящих газов от Сl и/или НС1 магнезиальной суспензией (100-150 г/дм MgO). Полученную композиционную смесь затем подают в блок термообработки, прессования и формования (13). Хлоридный раствор после дезактивации закачивают в бак-сборник очищенных растворов (14) и далее в реактор (15) для осаждения оксида хрома (III), соосаждения скандия и примесей других металлов (Ti, Zr, Hf, Fe(III), Al). Для этого в реактор (15) при непрерывно работающей мешалке из бака-дозатора (16) подают раствор гидроксида натрия, а по окончании осаждения из бака-дозатора (17) подают раствор высокомолекулярного флокулянта, например, 0,15-0,25% раствор полиакриламида (ПАА) и/или праестола и т.п. Из реактора (15) суспензия подается на фильтр-пресс (18) для отделения осадка гидроксидов металлов, направляемого на получение индивидуальных соединений хрома и скандия. Раствор с фильтр-пресса (18) поступает в дополнительно установленный реактор (19) для осаждения суммы оксигидратов железа и марганца, снабженный устройством для подачи сжатого воздуха, куда из баков-дозаторов (20) и (21) подают раствор NaOH и щелочного раствора NaClO, образующаяся в реакторе (19) суспензия оксигидратов железа и марганца направляется на фильтр-пресс (22). Осадок оксигидратов железа и марганца из корыта фильтр-пресса (22) промывается путем репульпации, сушится в сушильной камере (23), и направляется в бак с мешалкой (24), куда подается воздух, а из бака-дозатора (25) раствор соляной кислоты. Полученная в баке (24) суспензия поступает на фильтр (26) для выделения осадка оксигидрата
железа, который направляется в систему для сушки и прокалки (27) и далее в прокалочную печь (28) с получением красных железооксидных пигментов. Маточный раствор и промводы с фильтра (26) поступают в реактор-осадитель оксигидратов марганца (29), куда из баков-дозаторов (20) и (21) подают раствор NaOH щелочной раствор NaClO. Пульпу, полученную в реакторе-осадителе (29), подают на нутч-фильтр (30) для выделения осадка оксигидратов марганца, который затем направляют в сушильный агрегат (31) и прокалочную печь (32). работает следующим образом
Известная по прототипу полезная модель обеспечивает обезвреживание и дезактивацию отходов производства, в том числе вторичных радиоактивных отходов от радиоактивных металлов и токсичных веществ с переводом их в отвержденное состояние, при этом данное известное техническое дает возможность получать из отработанного расплава титановых хлораторов различные товарные продукты и полупродукты: черновые гидроксиды хрома, красные железооксидные пигменты, диоксид марганца.
Недостатком технического решения по прототипу является тот факт, что на технологическом переделе не предусмотрено оборудование для очистки отходящих газов руднотермической плавки ильменитовых концентратов. Между тем, тонкодисперсная пыль, выносимая из печи в процессе плавки содержит в своем составе значительное количество очень токсичных металлов: As, Pb и т.д. и радиоактивных продуктов распада тория. Другим недостатком технического решения по прототипу является сравнительно невысокие потребительские свойства выпускаемой продукции.
Заявляемая полезная модель направлена на решение задачи, заключающейся в повышении эффективности работы технологического отделения - улучшении его количественных и качественных показателей.
Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемой полезной модели, заключается в повышении степени очистки отходящих газов печей РТП от тонкодисперсной пыли, содержащей токсичные и радиоактивные металлы, предотвращении загрязнения окружающей среды и
зоны рабочих помещений вредными веществами, расширении номенклатуры выпускаемой товарной продукции при сохранении всех остальных преимуществ известных технических решений, в том числе прототипа -обеспечение возможности переработки, обезвреживания и дезактивации вторичных отходов производства в экологически безопасную форму, пригодную для длительного складирования.
Указанный технический результат достигается при реализации заявляемой полезной модели - "Технологическое отделение для гидрометаллургической переработки и дезактивации техногенного сырья с получением товарных продуктов", включающей (рис.2): ванну гидроудаления отработанных расплавов титановых хлораторов, имеющую систему подачи азота для перемешивания образующейся пульпы, гидроотстойник, циркуляционный бак, имеющий соединение с баками дозаторами растворов сульфита натрия и хлорида бария, а нижний слив циркуляционного бака имеет соединение с фильтр-прессом-1 для выделения из пульпы нерастворимого остатка и радиоактивных осадков сульфатов бария/кальция, выход осветленного раствора направлен в бак-сборник, соединенный с реактором для осаждения суммы гидроксидов хрома, железа, редких и рассеянных металлов, верхние патрубки которого имеют соединение с баками-дозаторами растворов щелочного регента и высокомолекулярного флокулянта, а сливной патрубок направлен на фильтр-пресс-II для выделения из пульпы суммы гидроксидов хрома, железа, редких и рассеянных металлов, выход хлоридного раствора из фильтр-пресса направлен в реактор для осаждения оксигидратов железа и марганца, снабженный устройством для подачи сжатого воздуха, верхние патрубки реактора соединены с баками-дозаторами растворов гидроксида натрия и гипохлорита натрия, а патрубок нижнего слива образует соединение с фильтр-прессом-III для выделения из пульпы оксигидратов железа и марганца, корыто фильтр-пресса-III имеет соединение с баком-репульпатором осадка оксигидратов железа и марганца, выход нерастворимого остатка и сульфатов бария/кальция из корыта фильтр-пресса-1 направлен через запорное устройство
в шнековый смеситель, соединенный с бункером-дозатором пыли от руднотермической плавки ильменитовых концентратов и патрубком разгрузочного устройства гидроотстойника, а выход направлен во второй шнековый смеситель, соединенный с бункером исходных магнийсодержащих оксидных материалов, баком - дозатором раствора и/или пульпы хлорида магния и с блоком формования, термообработки и прессования композиционной смеси, отличающееся тем, что дополнительно содержит систему очистки пылегазовой смеси процесса руднотермической восстановительной плавки ильменитовых концентратов, включающую два последовательно соединенных между собой циклона и водоорошаемый скруббер с шаровой подвижной насадкой, снабженный установленной в верхней части абсорбера каплеуловителем (каплеотбойником) и водоразбрызгивающим устройством, а в нижней части абсорбера -гидрораспределительной решеткой, расположенной над входным патрубком циклона, патрубок слива суспензии из скруббера имеет соединение с циркуляционным баком, выполненным в форме сгустителя, слив сгущенной пульпы из которого направлен в смесительный бункер-дозатор, а патрубок слива осветленной жидкости имеет соединение с водоразбрызгивателем скруббера и герметичным шнековым питателем, вход которого соединен через запорную арматуру с разгрузочным устройством циклонов, а выход увлаженной пыли из шнекового питателя напрвлен в смесительный бункер-дозатор увлажненной пыли, соединенный с бункером- дозатором пыли от руднотермической плавки ильменитовых концентратов.
Анализ совокупности существенных признаков заявляемой полезной модели - наличие новых элементов, взаимного расположения узлов и форма их выполнения и достигаемого при этом технического результата указывает, что между ними существует причинно-следственная связь, выражающаяся в следующем.
Экспериментально установлено, что дополнительное включение в состав поточной технологического отделения циклонов, скруббера с шаровой
подвижной насадкой, циркуляционного бака, выполненного в форме сгустителя, смесительного бункера-дозатора и др. обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении степени очистки отходящих газов печей руднотермической восстановительной плавки титансодержащих концентратов от тонкодисперсной пыли, содержащей токсичные и радиоактивные металлы, предотвращении загрязнения окружающей среды и зоны рабочих помещений вредными веществами, расширении номенклатуры выпускаемой товарной продукции.
Проверка соответствия заявляемой полезной модели требованию изобретательского уровня в отношении совокупности существенных признаков свидетельствует о том, что предлагаемая конструкция технологического отделения, предусматривающая дополнительное установление циклонов, скруббера и т.п. обеспечивает достижение вышеуказанного технического результата. Причем следует подчеркнуть, что в книжной, журнальной и патентной литературе данное технологическое отделение не описано, а достигаемый технический результат явным образом не следует и не вытекает.
На рис.2 показана модель технологического отделения для гидрометаллургической переработки и дезактивации техногенного сырья с получением товарных продуктов.
Технологическое отделение для гидрометаллургической переработки и дезактивации техногенного сырья с получением товарных продуктов согласно разработанному техническому решению включает в себя ванну гидроудаления (1) отработанных расплавов титановых хлораторов, имеющую систему подачи азота для перемешивания образующейся пульпы, гидроотстойник (2), циркуляционный бак (3), имеющий соединение с баками дозаторами растворов сульфита натрия (4) и хлорида бария (5), а нижний слив циркуляционного бака (3) имеет соединение с фильтр-прессом (6) для выделения из пульпы нерастворимого остатка и радиоактивных осадков сульфатов бария/кальция, выход осветленного раствора с фильтр-пресса (6) направлен в бак-сборник (7), соединенный с реактором (8) для осаждения суммы гидроксидов хрома, железа,
редких и рассеянных металлов, верхние патрубки которого имеют соединение с баками-дозаторами растворов щелочного регента (9) и высокомолекулярного флокулянта (10), а сливной патрубок направлен на фильтр-пресс (11) для выделения из пульпы суммы гидроксидов хрома, железа, редких и рассеянных металлов, выход хлоридного раствора из фильтр-пресса (11) направлен в реактор (12) для осаждения оксигидратов железа и марганца, снабженный устройством для подачи сжатого воздуха, верхние патрубки реактора (12) соединены с баками-дозаторами растворов гидроксида натрия (13) и гипохлорита натрия (14), а патрубок нижнего слива образует соединение с фильтр-прессом (15) для выделения из пульпы оксигидратов железа и марганца, корыто фильтр-пресса (15) имеет соединение с баком-репульпатором (16) осадка оксигидратов железа и марганца, выход нерастворимого остатка и сульфатов бария/кальция из корыта фильтр-пресса (6) направлен через запорное устройство в шнековый смеситель (17), соединенный с бункером-дозатором пыли от руднотермической плавки ильменитовых концентратов (18) и патрубком разгрузочного устройства гидроотстойника (2), а выход направлен во второй шнековый смеситель (19), соединенный с бункером исходных магнийсодержащих оксидных материалов (20), баком - дозатором раствора и/или пульпы хлорида магния (21) и с блоком формования, термообработки и прессования композиционной смеси (22), отличающийся тем, что дополнительно содержит систему очистки пылегазовой смеси процесса руднотермической восстановительной плавки ильменитовых концентратов, включающую два последовательно соединенных между собой циклона (23) и водоорошаемый скруббер (24) с шаровой подвижной насадкой, снабженный установленной в верхней части скруббера каплеуловителем (каплеотбойником) и водоразбрызгивающим устройством, а в нижней части скруббера -гидрораспределительной решеткой, патрубок слива суспензии из скруббера (24) имеет соединение с циркуляционным баком (25), выполненным в форме сгустителя, слив сгущенной пульпы из которого направлен в смесительный бункер-дозатор (26), а патрубок слива осветленной жидкости имеет соединение
с водоразбрызгивателем скруббера (24) и герметичным шнековым питателем (27), вход которого соединен через запорную арматуру с разгрузочным устройством циклонов (23), а выход увлаженной пыли из шнекового питателя направлен в смесительный бункер-дозатор (26) увлажненной пыли, соединенный с бункером- дозатором пыли от руднотермической плавки ильменитовых концентратов (18).
Реализация полезной модели Технологическое отделение для гидрометаллургической переработки и дезактивации техногенного сырья с получением товарных продуктов работает следующим образом. Отработанный расплав хлораторов поступает в ванну гидроудаления (I), куда одновременно подают воду и/или циркулирующий раствор (пульпу) и для перемешивания пульпы и предотвращения окисления Fe (II) до Fe (III) барботируют газообразный азот. Образующаяся пульпа самотеком сливается в гидроотстойник (2), где оседает крупная ("песочная") фракция нерастворимого остатка, направляемого в шнековый смеситель (17). Пульпу из гидроотстойника (2) подают в циркуляционный бак (3), куда периодически - после каждого цикла циркуляции - из баков-дозаторов (4), (5) подают раствор сульфита натрия для восстановления Fe (III) до Fe (II), а по окончании циркуляции раствор хлорида бария для образования в пульпе осадка сульфатов бария/кальция. Затем пульпу из циркуляционного бака (3) подают на фильтр-пресс (6) для отделения тонкодисперсной фазы нерастворимого остатка и радиоактивного осадка сульфатов бария/кальция. Дезактивированный и осветленный раствор с фильтр-пресса (6) поступает в бак-сборник (4) и далее в реактор (8), куда для осаждения суммы гидроксидов хрома, железа, редких и рассеянных металлов из бака-дозатора (9) подают раствор щелочного реагента, например, раствор гидроксида натрия, а по окончании осаждения из бака-дозатора (10) подают раствор высокомолекулярного флокулянта, например, 0,15-0,25% раствор полиакриламида (ПАА) и/или праестола и т.п. Образующаяся в реакторе (8) суспензия подается на фильтр-пресс (11) для
2
отделения осадка гидроксидов металлов, направляемого на получение катализаторов на основе оксида железа и хрома (модифицированных оксидами редких и рассеянных материалов) и/или получения индивидуальных соединений хрома и скандия. Раствор с фильтр-пресса (11) поступает в дополнительно установленный реактор (12), снабженный устройством для подачи сжатого воздуха, куда для осаждения оксигидратов железа и марганца из баков-дозаторов (13) и (14) подают раствор NaOH и щелочного раствора NaClO. Из реактора (12) суспензия оксигидратов железа и марганца направляется на фильтр-пресс (15), соединенный с баком - репульпатором (16). Промытый осадок оксигидратов железа (III) и марганца (II и IV) направленные на получение индивидуальных соединений железа (III) и марганца (IV), производство пигментов и/или сорбентов известными способами или используя для получения композиционных катализаторов реализуемых на предприятиях органического. Твердую фазу из корыта фильтр-пресса (6) направляют в шнековый смеситель (17), куда одновременно из бункера-дозатора (18) подают пыль от руднотермической плавки ильменитовых или других титансодержащих концентратов, а из разгрузочного устройства гидроотстойника (2) песочную фракцию нерастворимого остатка, содержащего повышенное количество радионуклидов. Полученную смесь направляют в шнековый смеситель (19), куда из бункера-дозатора (20) подают магнийсодержащие минеральные оксидные материалы (серпентинит, и/или брусит, и/или магнезит), а из бака - дозатора (21) подают раствор и/или пульпу хлорида магния, например, сгущенную магнезиальную пульпу (суспензию), образующуюся при очистке отходящих газов от Сl и/или НСl магнезиальной суспензией (100-150 г/дм MgO). Полученную композиционную смесь затем подают в блок термообработки, прессования и формования (22). Пылегазовая смесь процесса руднотермической восстановительной плавки ильменитовых или других титансодержащих концентратов проходит систему очистки, включающую два последовательно соединенных между собой циклона (23) и водоорошаемый скруббер (24) с шаровой подвижной насадкой, снабженный установленной в
верхней части скруббера каплеуловителем (каплеотбойником) и водоразбрызгивающим устройством, а в нижней части скруббера -гидрораспределительной решеткой. Образовавшаяся в скруббере (24) суспензия направляется в циркуляционный бак (25), где происходит отстаивание твердой фазы. Сгущенная часть суспензии поступает в смесительный бункер-дозатор (26), а осветленная жидкость подается на орошение скруббера (24) и частично в герметичный шнековый питатель (27), куда из циклонов (23) поступает уловленная пыль. Увлажненная в шнековом питателе (27) пыль направляется в в смесительный бункер-дозатор (26) и далее бункер-дозатор пыли от руднотермической плавки ильменитовых или других титансодержащих концентратов (18).