Способ селективного извлечения оксида железа и оксида цинка из шламов и пылей газоочисток металлургических агрегатов
METHOD OF SELECTIVE IRON OXIDE AND ZINC OXIDE EXTRACTION FROM GAS TREATMENT SLUDGES AND DUSTS OF METALLURGICAL UNITS

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам переработки и рециклинга железосодержащих пылевидных шламов, содержащих повышенные концентрации цинка, позволяющим селективно извлекать оксиды железа и цинка из пылевидных шламов газоочисток кислородного конвертера, доменной печи и дуговой сталеплавильной печи.
3
3
Известно техническое решение - способ переработки шламов металлургического производства (Патент РФ №2531498, RU 2531498 С1), в котором железосодержащие шламовые отходы металлургических и других производств обрабатывают в виде пульпы в ультразвуковом поле, создаваемом с использованием пьезокерамического генератора мощностью не менее 800 Вт, при объемной плотности вводимой энергии в пределах от 180 Дж/см до 200 Дж/см, гидростатическом давлении обрабатываемой суспензии более 1,0 атм и температуре более 25°С.
Недостатки решения - низкая производительность, отсутствие селективного извлечения оксидов железе и цинка, большое остаточное содержание железа и цинка в обработанном шламе (до 23% цинка от исходного, до 17% железа от исходного), значительная экологическая нагрузка на природу.
Известен способ утилизации цинксодержащих отходов металлургического производства на ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат» (ОАО Черметинформация. Бюллетень «Черная металлургия», №2, 2004 г., стр. 66-70), включающий в себя размещение отходов на картах складирования для накопления, вылеживания и усреднения. После проведения вышеуказанных процедур отходы подвергают известкованию и автотранспортом отправляют на аглофабрику для производства агломерата.
Недостатком этого способа является невозможность снижения влажности цинксодержащих отходов в картах накопителях до необходимого уровня, что не дает возможности быстрого использования отходов в последующей их переработке. Естественное усреднение материала требует значительного количества времени и не обеспечивает получение требуемого качества материала. Способ не обеспечивает удаление цинка как вредной примеси для доменного производства, в связи с чем богатые железом шламы получили ограниченное использование в процессе повторной переработки.
Известен способ вовлечения в рециклинг твердой фазы цинксодержащих шламов золошламонакопителей ОАО «Северсталь» (Фоменко А.И. «Золошламонакопители предприятий черной металлургии: технологические и геоэкологические аспекты их эксплуатации», Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, №7, 2005 год, стр. 61-64). Способ включает в себя накопление цинксодержащих шламов в картах золошламонакопителей. После обезвоживания шлам проходит несколько стадий обработки: термообработка, измельчение, рассев, магнитная сепарация, в результате получается железосодержащий концентрат, который может быть использован в процессе рециклинга не в полном объеме, а лишь частично, так как способ не решает главной задачи - получение кондиционного железосодержащего концентрата и удаление цинка как вредной примеси.
Известны способы пирометаллургического удаления цинка из железосодержащего оксидного сырья (Ульянов В.П., Булавин В.И. и др. Переработка некондиционных железосодержащих пылей и шламов металлургических переделов, Сталь, №12, 2002 г., стр. 69-75; RU 2016116, С1 15.07.1994; RU 94001970, А1 27.01.1996; RU 2003127870, А 10.04.2005; Фриден Р., Хансманн Р.И. др. Новый процесс металлизации железных руд и переработки отходов. Сталь, №4, 2001 г., стр. 69-72; Шнайдер В.-Д., Шваб Б. и др. Переработка цинксодержащей вторичной пыли. Черные металлы, №11, 1998 г., стр. 55-60). Пирометаллургические процессы удаления или возгона цинка проводятся либо в плавильных печах, либо в термических печах различной конструкции. Предварительно подготовленный материал загружается в печи и подвергается нагреву, при котором происходят восстановление железа и возгон цинка, который впоследствии улавливается в рукавных фильтрах и направляется на дальнейшую переработку.
К недостаткам пирометаллургического способа переработки цинксодержащих отходов следует отнести следующие: повторное образование настылей в термических печах при возгоне цинка, большие капитальные затраты на осуществление данного производства, а также чрезмерно высокие затраты на энергоносители, необходимые для проведения пирометаллургического процесса, так как процесс возгона цинка ведут при температурах 900-1450 градусов, а при жидкофазном процессе - при температуре выше температуры плавления материала, превышающей 1450 градусов. При высоких технологических температурах процесс становится экологически вредным, так как происходит выгорание и выброс в атмосферу различных вредных веществ, присутствующих в отходах. Таким образом цинксодержащие пыли и шламы при дорогостоящем пирометаллургическом способе переработки, даже если принять их начальную стоимость нулевой, в итоге, пройдя все стадии переработки, становятся чрезмерно дорогими, что экономически невыгодно.
Ряд указанных недостатков устраняется в другом известном техническом решении (способе-прототипе), которым является «Способ переработки цинксодержащих пылей и шламов металлургического и горного производства» (RU 2340403), включающий в себя складирование пылей и шламов в золошламонакопителях и их переработку, отличающийся тем, что переработку осуществляют путем дезинтеграции исходного сырья в ротационно-пульсационно-кавитационном аппарате непрерывного действия при соотношении твердого к жидкому как 1:4 и при избыточном давлении 5 атмосфер на входе в аппарат и дальнейшей подаче материала во флотомашину с выделением цинка как вредной примеси в пенный продукт и камерного продукта, направляемого на гравитационную классификацию, при которой осуществляют выделение мелкой и крупной фракций, направляемых по отдельности на мокрую магнитную сепарацию в сепараторах с постоянными магнитами с получением кондиционного железосодержащего концентрата, очищенного от цинка и отвальных хвостов.
Недостатки решения: многоступенчатость и многоагрегатность процесса; сложность и высокая стоимость; невозможность возвращения реагентов в начало процесса; значительная экологическая нагрузка на природу и его длительность (сутки и более).
Технической задачей изобретения является устранение указанных недостатков известных технических решений - аналогов, сокращение длительности обработки до 30 минут; обеспечение селективного извлечения оксида железа и оксида цинка до конечного содержания в нерегенерируемом осадке до 0,09% железа и до 0,043% цинка, что ниже ПДК; возвращение щелочи и технической воды в начало процесса.
Решение данной технической задачи достигается тем, что в предлагаемом способе шлам или пыль, техническую воду, щелочь и активные тела в соотношении 4:7:2:3 подают в виде пульпы в реактор агрегата вихревого слоя (ABC) и обрабатывают магнитным полем с заданной частотой и напряженностью, разделяя феррит цинка на оксид железа и оксид цинка с одновременным выщелачиванием оксида железа в раствор 1, разделяют полученный раствор и осадок, после чего вторично в ABC смешивают осадок, техническую воду, щелочь, активные тела, соду, известь в соотношении 4:7:2,5:3,2:0,3:1,5, подают вторичную пульпу в реактор агрегата, обрабатывают магнитным полем с заданной частотой и напряженностью, переводя оксид цинка в раствор 2 с последующим раздельным извлечением из растворов 1 и 2 оксида железа и оксида цинка с возвращением щелочи и воды в начало процесса.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Шлам или пыль, техническую воду, щелочь и активные тела в соотношении 4:7:2:3 подают в виде пульпы в реактор агрегата вихревого слоя ABC и обрабатывают магнитным полем с заданной частотой и напряженностью, разделяя феррит цинка на оксид железа и оксид цинка с одновременным выщелачиванием оксида железа в раствор 1, разделяют полученный раствор и осадок, после чего вторично в ABC смешивают осадок, техническую воду, щелочь, активные тела, соду, известь в соотношении 4:7:2,5:3,2:0,3:1,5, подают вторичную пульпу в реактор агрегата, обрабатывают магнитным полем с заданной частотой и напряженностью, переводя оксид цинка в раствор 2 с последующим раздельным извлечением из растворов 1 и 2 оксида железа и оксида цинка с возвращением щелочи и воды в начало процесса.
Это позволяет сокращать длительность обработки до 30 минут; селективно извлекать оксид железа и оксид цинка до конечного содержания в нерегенерируемом осадке до 0,09% и 0,0 43% по массе соответственно, что ниже ПДК; возвращать щелочь и техническую воду в начало процесса.
Изобретение иллюстрируется следующим примером. На лабораторной установке обрабатывали шлам газоочистки после доменной печи с исходным содержанием железа 39% и цинка 0,85%. После первой обработки в ABC в течение 60 секунд получили в осадке 0,09% железа и 13% цинка. В растворе 1 содержалось остальное железо. После второй обработки в ABC в осадке оказалось 0,043% цинка, а остальной цинк перешел в раствор 2. Аналогичную тенденцию наблюдали и при переработке шламов газоочисток после конвертера (54% железа, 2,17% цинка) и дуговой сталеплавильной печи (20% железа, 19% цинка).