СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОТВАЛЬНОГО ДОМЕННОГО И МАРТЕНОВСКОГО ШЛАКА
PROCESSING METHOD FOR DUMP BLAST-FURNACE AND OPEN-HEARTH SLAG

Изобретение относится к металлургии, а именно к переработке отвального доменного и мартеновского шлака.
2
3
2
Известен способ переработки расплавленного доменного шлака путем грануляции [1. стр.313-316]. Сущность способа заключается в получении гранулированного доменного шлака путем слива расплава по наклонной плоскости в яму с водой, при этом вода подается в яму по этой же наклонной плоскости. Полученный гранулированный шлак используется в строительстве в качестве наполнителя бетонов в замен речного гравия. Недостаток этого способа переработки заключается в том, что в расплавленном шлаке содержится железо в виде корольков (гранулы) и оксидное железо (оксиды железа FeO, ферраты железа СаО FеО, силикаты железа xFeO SiO). При этом железо из доменного шлака не извлекается и теряется безвозвратно.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ переработки отвального доменного шлака путем извлечения крупных составляющих из шлака, дробление и рассев [2]. Получаемый дробленый шлаковый щебень (щебень-шлак) применяется в строительстве дорог и для засыпки неровностей грунта при строительстве. Недостаток этого способа заключается в том, что металл из шлака не извлекается и теряется безвозвратно, что значительно снижает рентабельность производства. Потери железа со шлаком составляют 30-40%.
Задача, решаемая изобретением, состоит в извлечении железа из отвального доменного и мартеновского шлаков и комплексной переработке компонентов шлаков.
Технологический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в комплексной переработке шлаков, в полном извлечении железа с получением строительных материалов шлакового песка и шлакового щебня, пыли и глинистой массы для производства клинкера.
Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата способ переработки отвального доменного и мартеновского шлака, характеризующийся тем, что извлекают из отвала шлак, подвергают грохочению с выделением коржей металла, которые отправляют на переплавку в мартеновскую печь, промывают оставшийся шлак водой на ситах с осаждением оксида кремния и карбоната кальция, оставшийся шлак подвергают магнитной сепарации при напряженности магнитного поля 3000-6000 эрстед с выделением железа, которое подают на переплавку в электропечь или мартеновскую печь, остаток шлака дробят в роторной дробилке с последующим магнитным выделением оксидного железа при напряженности магнитного поля 7000-9000 эрстед, которое применяют для агломерации, оставшийся шлак подвергают рассеву на две фракции, получая шлаковый песок крупностью 0-5 мм и шлаковый щебень крупностью 5-30 мм, которые используют для приготовления строительных бетонов и растворов, при этом полученные после промывки шлака смесь оксида кремния и карбоната кальция отправляют для производства клинкера.
2
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Доменный и мартеновский отвальные шлаки содержат до 27% и более железа. Известными способами из отвальных шлаков извлекают коржи металла. Коржи металла представляют собой чугун или сталь, которые остаются на дне ковша со шлаком. Шлак сливают в отвал вместе с металлом, который содержался в ковше под слоем шлака. При выпуске из доменной печи, электропечи или мартеновской печи не представляется возможным четко раздельно вылить металл и шлак. Поэтому в ковше со шлаком осаждается на дно металл. Ковш со шлаком перевозится на отвал. При этом на дне ковша оседает металл и кристаллизуется. Образует большой кусок (лепешка) металла на дне ковша. Размер куска: диаметр 0,8-1,4 метра, толщина куска 0,15-0,35 метра. В металлургии указанные куски называют термином «коржи металла». Указанные коржи на шлаковых полигонах складируются вместе со шлаком. Поэтому потери металла с отвальным шлаком составляют 27% и более. Состав отвального доменного и мартеновского шлака представлен в таблице. Потери металла с коржами доменного и мартеновского шлака в составе указанных шлаков не учитывается. Следовательно, общие потери металла составляют более 30%. В предлагаемом способе на первой стадии выделяют коржи металла путем рассева отвального шлака в барабане, при этом получают два продукта - металлические коржи и шлак (схема) фиг.1. На второй стадии шлак промывают водой, при этом получают два продукта - мытый крупный шлак. Второй продукт представляет собой оксид кремния и карбонат кальция, которые образуются в результате естественного разложения компонентов шлака на оксид кремния SiO и карбонат кальция. Схематично эти реакции можно представить в виде:
2
2
3
2
CaO·SiO+СO→CaCO+SiO
2
2
2
Шлаки представляют собой преимущественно однокальциевый силикат CaO·SiO, двухкальциевый силикат 2CaO·SiO, трехкальциевый силикат 3CaO·SiO. В отвалах в шлаках протекают следующие реакции разложения двух- и трехкальциевых силикатов
2
2
3CaO·SiO→2CaO·SiO+CaO
2
2CaO·SiO→CaO·SiO+CaO
2
2
CaO·SiO→CaO+SiO
Оксид кальция реагирует с атмосферным диоксидом углерода с образованием карбонатов кальция по реакции
2
3
СаО+СO→СаСО
По указанным причинам операция промывки шлака является необходимой. При этом твердые частицы оксида кремния и карбоната кальция необходимо извлекать из шлака и использовать для производства клинкера.
На следующей стадии из промытого шлака магнитным обогащением выделают корольки железа, которые применяют для выплавки стали в электро- или мартеновских печах. Корольковое железо является высокомагнитным веществом, поэтому для магнитного обогащения выполняют при напряженности магнитного поля 3000-6000 эрстед.
Далее шлак подвергают дроблению в роторных дробилках и магнитным обогащением выделяют оксидное железо, которое направляют на переплавку.
Дробленый и отмагниченный шлак подвергают магнитному обогащению с выделением слабомагнитных оксидов железа, которые применяют для получения агломерата. Оксидное железо является слабомагнитным материалом, в результате для обогащения применяют магнитное поле при напряженности 7000-9000 эрстед.
На последней стадии шлак подвергают рассеву на два продукта: шлаковый щебень, дробленный крупностью 5-30 мм и шлаковый песок крупностью менее 5 мм. Указанные продукты шлаковый щебень и шлаковый песок применяют для изготовления бетонов, растворов, асфальтобетонов.
Предлагаемый способ переработки позволяет полностью переработать и утилизировать шлаки с получением дорогих и дефицитных материалов, а именно железа металлического, железа оксидного. Шлаковый песок и шлаковый щебень применяют для производства растворов и бетонов. Сложную смесь карбоната кальция и оксида кремния направляют на изготовления клинкера.
3
Пример. Переработке подвергали лежалый доменный шлак из отвала Кузнецкого металлургического комбината. Состав шлака приведен в таблице. Первая операция выполнена на промышленной действующей роторной барабанной установке, выделены коржи металла. Коржи металла направили на переплавку в мартеновской печи Гурьевского металлургического комбината. Далее шлак промыли на промышленном грохоте, дополнительно оборудованном ситом с размером ячейки 0,16×0,16 мм. Из слива промывочной воды отстоем выделили мелкую фракцию, которая прошла через сито с промывочной водой. Пробу просушили в сушильном шкафу при 115°С и подвергали рентгенофазовому анализу. Анализом установлено, что в пробе содержались карбонат кальция (СаСО), оксид кремния и частицы доменного шлака. Далее промытую пробу шлака в количестве 44 тонны подвергали обогащению на промышленном ленточном транспортере с магнитом. Пробу магнитной фракции выделенной магнитом подвергали рентгенофазовому анализу и химическому анализу.
Указанными анализами подтверждено, что магнитная фракция содержит 93% металлического железа. Пробу отмагниченного железа использовали для выплавки стали в сталеплавильном цехе. В результате плавки установлено, что полученное при обогащении магнитное железо вполне пригодно для выплавки стали в действующем сталеплавильном цехе. Немагнитную фракцию доменного шлака объемом 32 тонны дробили на действующей роторной установке до крупности менее 30 мм. Дробленый шлак подвергали магнитному обогащению на транспортере, оборудованном магнитом, при этом получили магнитное железо (корольки металла) и шлак. Корольки железа использовали для выплавки стали в электропечи сталеплавильного цеха. Шлак подвергали воздействию магнитного поля напряженностью 8000 эрстед, что позволило выделить из шлака оксидное железо. Пробу оксидного железа использовали для производства агломерата на Абагурской агломерационной фабрике. Немагнитную фракцию шлака подвергли рассеву на сите с ячейкой 5×5 мм и получили фракцию дробленого шлакового щебня крупностью 30-5 мм. Фракцию шлака крупностью менее 5 мм использовали в ремонтно-строительном цехе для изготовления кладочного раствора. Шлаковый щебень использовали для изготовления бетонов в ремонтно-строительном цехе металлургического комбината. Объемы проб во всех опытах контролировались весовым способом.
Экспериментально подтверждено, что предлагаемое изобретение позволяет комплексно полностью переработать отвалы металлургических шлаков, при этом получить качественные дефицитные, ликвидные материалы, металлическое и оксидное железо, строительную смесь, содержащую оксид кремния, карбонат кальция и шлак, который пригоден для производства клинкера и шлаковый песок, шлаковый щебень в качестве заполнителя при изготовлении строительного бетона и растворов.
Пример 2. По предлагаемому способу переработали 9,6 тонн мартеновского шлака из отвала Кузнецкого металлургического комбината. Получен аналогичный результат как в примере 1.
Источники информации
1. Вегман Е.Ф., Жеребин Б.Н., Похвиснев А.Н. и др. Металлургия чугуна. М.: ИКЦ Академкнига. 2004. С.313-316.
2. Патент RU 2365642 С2, МПК С22 В7/04 (2006.01) (С21С 5/54), опубл. 10.03.2009.
Таблица
Материал
Химический состав, мас.%
SiO<sub>2</sub>
Аl<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
FeO+Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
СаО
MgO
MnО
Na<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+K<sub>2</sub>O
SO
Доменный шлак
36,2-42,0
12,3-17
0,6-2,6
38-42,2
4,8-9,9
0,21-1.1
0,13-0,17
1,2
Мартеновский шлак
12,96 -18,8
1,57-2,72
32,4-24,0
45-51,5
2,73-4,32
3,78-5,10