ПОТОЧНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ И ДЕЗАКТИВАЦИИ ОТХОДОВ ТИТАНОВОГО ПРОИЗВОДСТВА

Предлагаемая полезная модель относится к области металлургии и может быть использована, в частности, на титано-магниевых комбинатах для переработки, обезвреживания и дезактивации многокомпонентных полиметаллических отходов, образующихся на различных стадиях получения титановой губки: на переделе восстановительной руднотермической плавки ильменитовых концентратов, при хлорировании титановых шлаков и т.д.
Известна поточная технологическая линия для обезвреживания и дезактивации отходов титанового производства (Опытно-промышленные испытания и освоение технологии извлечения хрома и редких элементов из отходов производства терахлорида титана // Цветная металлургия, 1994, №10, с.20-22).
Известная поточная линия (рис.1) включает в себя ванну гидроудаления (1), гидроотстойник (2), насосы (3), (4), бак-сборник (5) для получения исходного концентрированного раствора (пульпы), фильтр-пресс (6), (8), реактор для осаждения чернового хромового концентрата (7).
Известная поточная линия работает следующим образом. Концентрированную пульпу от гидроразмыва расплава, частично осветленную в гидроотстойнике от крупной фракции нерастворимого остатка, подают на фильтр-пресс, где происходит отделение жидкой фазы пульпы от взвешенных в ней веществ, которые вместе с песочной фракцией вывозят в отвал. Фильтрат направляют на переработку с целью получения чернового хромового концентрата.
Известная поточная линия обеспечивает получение концентрированных растворов и пульп и избирательное извлечение хрома из многокомпонентных растворов от гидроразмыва титановых хлораторов. Недостатком известной поточной линии является то, что она не включает оборудования,
предназначенного для дезактивации вторичных отходов производства от радиоактивных металлов, в том числе от тория и продуктов его распада.
7
Из известных аналогов наиболее близкой поточной линией того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков и достигаемому техническому результату является "Технологическая линия для переработки металлургических отходов" - отработанного расплава титановых хлораторов и пыли из отходящих газов руднотермических печей (Свидетельство РФ на Полезную модель №29530 по заявке №2002132411/20 с приор, от 04.12.2002; Зарег. и опубл.: 20.05.2003; Бюл. №14 МКИ С 22 В 60/00.) - принята за прототип.
Технологическая линия согласно прототипу включает в себя (рис. 2): ванну гидроудаления (1), соединенную с гидроотстойником (2), бак - сборник исходных хлоридных растворов и пульпы (3), непосредственно соединенный через насос (4) с ванной гидроудаления (1) и реактором -осадителем (6), бак -сборник ванадийсодержащих сточных вод (5), соединенный с баком -сборником исходных хлоридных растворов и пульп (3); баки - дозаторы высокомолекулярного флокулянта (7), раствора хлорида бария (8), сульфатсодержащего неорганического реагента (9) и магнезиального молока (10), соединенные через сливные патрубки с реактором-осадителем (6); фильтр - пресс (11), соединенный с реактором-осадителем (6); шнековый смеситель (12), соединенный с выгружным сборником фильтр-пресса (11), бункером пыли от руднотермической плавки титансодержащих концентратов (13) и патрубком разгрузочного устройства гидроотстойника (2); шнековый смеситель (14), соединенный с бункером исходных магнийсодержащих оксидных материалов (15), баком - дозатором раствора и/или пульпы хлорида магния (16) и с блоком формования, термообработки и прессования композиционной смеси (17).
Технологическая линия по прототипу работает следующим образом. Отработанный расплав хлораторов поступает в ванну гидроудаления (1), куда одновременно подают воду и циркулирующий раствор (пульпу). Образующаяся пульпа самотеком сливается в гидроотстойник (2), где оседает крупная
("песочная") фракция нерастворимого остатка, направляемого в шнековый смеситель (12). Осветленная пульпа из гидроотстойника (2) насосом (4) закачивается в бак-сборник исходных хлоридных растворов (3), куда одновременно из бака-сборника (5) подают ванадийсодержащие сточные воды (промводы и маточные растворы метаванадата аммония). Часть пульпы из бака-сборника (3) насосом (4) закачивается в ванну гидроудаления (1), остальная часть поступает в реактор-осадитель (6), куда для нейтрализации, дезактивации и осаждения высокотоксичных и радиоактивных металлов из баков-сборников (7), (8), (9), (10) подают высокомолекулярный флокулянт (например, полиакриламид), раствор хлорида бария, сульфатсодержащий неорганический реагент (серная кислота или сульфат натрия) и магнезиальное молоко. Для перемешивания пульпы и окисления кислородом воздуха соединений двухвалентного железа в реактор-осадитель (6) и в ванну гидроудаления (1) подают сжатый воздух. Пульпу из реактора-осадителя (6) направляют на фильтр-пресс (11), где предусмотрена промывка осадка водой от растворимых примесей (хлориды калия, натрия и магния). Очищенные от токсичных металлов и радиоактивных веществ растворы (фильтрат) сбрасывают с фильтр-пресса в канализацию. Влажный радиоактивный осадок собирают в корыте фильтр-пресса - в выгружном сборнике, откуда его направляют в шнековый смеситель (12), куда одновременно из бункера (13) подают пыль от руднотермической плавки, а из разгрузочного устройства гидроотстойника (2) песочную фракцию нерастворимого остатка. Полученную смесь направляют в шнековый смеситель (14), куда из бункера-дозатора (15) подают исходные магнийсодержащие оксидные материалы (серпентинит, и/или брусит, и/или магнезит), а из бака - дозатора (16) подают раствор и/или пульпу хлорида магния, например, сгущенную магнезиальную пульпу, образующуюся при очистке отходящих газов от С1з и/или НС1 магнезиальной суспензией. Полученную композиционную смесь затем подают в блок термообработки, прессования и формования (17). В результате осуществления совокупности вышеуказанных операций отходы, содержащие токсичные металлы и
радиоактивные вещества, превращаются в отвержденное состояние, т.е. в форму, удобную для длительного радиационно-безопасного складирования - в непылящее водонерастворимое состояние, устойчивое к воздействию атмосферных осадков, грунтовых и почвенных вод, не наносящее экологического ущерба окружающей среде и не оказывающего вредного влияния на здоровье населения и обслуживающего персонала.
Недостатком технологической линии по прототипу является отсутствие оборудования для улавливания пыли из отходящих газов (из пылегазовой аэрозольной смеси). Другим недостатком технологической линии по прототипу является безвозвратные потери всех ценных компонентов, в частности железа, хрома и марганца, находящихся в отработанном расплаве титановых хлораторов.
Заявляемая полезная модель направлена на решение задачи, заключающейся в повышении эффективности работы поточной линии при переработке полиметаллических отходов титанового производства, содержащих токсичные металлы, в том числе естественные радионуклиды -пыли от руднотермической плавки (РТП) ильменитовых концентратов и отработанных расплавов титановых хлораторов.
Технический результат, который может быть получен при применении предлагаемой полезной модели, заключается в обеспечении повышения степени улавливания пыли РТП, содержащей повышенное количество радионуклидов - продуктов распада тория; предотвращении выброса пыли с отходящими при РТП газами; получении из отходов высоколиквидных товарных продуктов, пользующихся устойчивым спросом у потребителя.
Указанный технический результат достигается при реализации полезной модели, включающей (рис. З): ванну гидроудаления, гидроотстойник, циркуляционный бак-сборник для получения исходного концентрированного раствора (пульпы), фильтр-пресс, бак-сборник ванадийсодержащих сточных вод (промводы и маточные растворы метаванадата аммония), реактор для осаждения суммы гидроксидов металлов, баки-дозаторы раствора хлорида
бария, сульфатсодержащего неорганического реагента (серная кислота или сульфат натрия), высокомолекулярного флокулянта (например, полиакриламид), и магнезиального молока, сливной патрубок реактора образует соединение с фильтр-прессом, вывод из "корыта" фильтр-пресса направлен в шнековый смеситель, вход которого соединен с бункером пыли от руднотермической плавки титансодержащих концентратов (ильменитовых и/или ильмениторутиловых) и патрубком разгрузочного устройства (выполненного, например, в виде шнекового питателя) гидроотстойника, а выход направлен во второй шнековый смеситель, соединенный с бункером исходных магнийсодержащих оксидных материалов (серпентинит, и/или брусит, и/или магнезит), баком - дозатором раствора и/или пульпы хлорида магния, например, сгущенной магнезиальной пульпы, образующейся при очистке отходящих газов от СЬ и/или НС1 магнезиальной суспензией, выход из шнекового смесителя соединен с блоком формования, термообработки и прессования композиционной смеси.
Новым в предлагаемом техническом решении является то, что поточная технологическая линия для обезвреживания и дезактивации отходов титанового производства дополнительно содержит бак для дезактивации раствора и отстаивания пульпы, верхние патрубки которого соединены с баками дозаторами растворов хлорида бария, сульфатсодержащих неорганических соединений, высокомолекулярного флокулянта и магнезиального молока, а слив сгущенной пульпы и ванадийсодержащих сточных вод направлен в реактор для осаждения суммы гидроксидов металлов, слив осветленного хлоридного раствора из реактора для дезактивации и отстаивания направлен в реактор для получения осадка оксигидратов металлов - совместно осажденных Fe, Cr, Мn и др., верхние патрубки которого имеют соединение с баками-дозаторами растворов NaOH, NaOCl и высокомолекулярного флокулянта, а патрубки нижнего слива образуют соединение с последовательно установленными и соединенными между собой фильтром, например, дополнительно установленным фильтр-прессом, сушильной камерой,
прокалочной печью, дезинтегратором и гранулятором катализатора на основе смешанных оксидов поливалентных металлов.
Новым является также то, что поточная технологическая линия для обезвреживания и дезактивации отходов титанового производства дополнительно содержит установленные после руднотермической печи и последовательно соединенные циклоны и абсорбер с псевдоожиженной насадкой, снабженный водоорошаемым устройством, расположенным над поверхностью насадки и ложным днищем, нижний боковой патрубок абсорбера имеет соединение с выходным патрубком циклона, а выход уловленной в циклонах пыли и суспензии, образующейся в абсорбере, направлен в смеситель-дозатор для отгрузки уловленной и увлажненной пыли в контейнеры и последующей транспортировки и выгрузки в бункер-дозатор, затем в шнековые смесители для приготовления композиционной смеси и ее отверждения.
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 технологической линии бака для дезактивации раствора и отстаивания пульпы, фильтра, сушильной камеры, прокалочной печи, дезинтегратора, гранулятора, а также последовательно соединенных между собой циклонов и водоорошаемого абсорбера с псевдоожиженной насадкой обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в получении из неутилизируемых в настоящее время токсичных отходов катализаторов органического синтеза на основе смешанных оксидов поливалентных металлов, получаемых в результате совместного осаждения оксигидратов Fe, Cr, Мn с небольшим количеством цветных, редких и рассеянных металлов (Sc, Al, Ti, Zr, Hf и др.) и в повышении степени
улавливания пыли (до 99,9%) от руднотермической плавки титансодержащих концентратов, содержащей повышенное количество радионуклидов (в частности, а-активных легколетучих продуктов распада тория: Ро, Bi, Pb).
Проверка соответствия заявляемой полезной модели требованию изобретательского уровня в отношении совокупности существенных признаков свидетельствует о том, что предлагаемая конструкция поточной технологической линии, предусматривающая дополнительное установление баков, фильтров и т.п. обеспечивает достижение вышеуказанного технического результата. Причем следует подчеркнуть, что в книжной, журнальной и патентной литературе данная поточная технологическая линия не описана, а достигаемый технический результат явным образом не следует и не вытекает.
На рис.3 показана модель поточной технологической линии для обезвреживания и дезактивации отходов титанового производства.
Поточная технологическая линия для обезвреживания и дезактивации отходов титанового производства согласно разработанному техническому решению включает в себя ванну гидроудаления (1) отработанных расплавов титановых хлораторов, гидроотстойник (2), циркуляционный бак-сборник для получения исходного концентрированного раствора (пульпы) (3), бак-сборник ванадийсодержащих сточных вод (4), реактор для суммы осаждения гидроксидов металлов (5), баки-дозаторы раствора хлорида бария (6), сульфатсодержащего неорганического реагента (7), высокомолекулярного флокулянта (8), и магнезиального молока (9), сливной патрубок реактора (5) образует соединение с фильтр-прессом (10), вывод из "корыта" фильтр-пресса направлен в шнековый смеситель (11), вход которого соединен с бункером пыли от руднотермической плавки титансодержащих концентратов (12) и патрубком разгрузочного устройства гидроотстойника (2), а выход направлен во второй шнековый смеситель (13), соединенный с бункером исходных магнийсодержащих оксидных материалов (14), баком - дозатором раствора и/или пульпы хлорида магния (15), выход из шнекового смесителя (13)
соединен с блоком формования, термообработки и прессования композиционной смеси (16), отличающаяся тем, что дополнительно содержит бак для дезактивации раствора и отстаивания пульпы (17), верхние патрубки которого соединены с баками дозаторами растворов хлорида бария (6), сульфатсодержащих неорганических соединений (7), высокомолекулярного флокулянта (8) и магнезиального молока (9), а слив сгущенной пульпы и ванадийсодержащих сточных вод направлен в реактор для осаждения суммы гидроксидов металлов (5), слив осветленного хлоридного раствора из реактора для дезактивации и отстаивания (17) направлен в реактор для получения осадка оксигидратов металлов (18), верхние патрубки которого имеют соединение с баками-дозаторами растворов NaOH (19), NaOCl (20) и высокомолекулярного флокулянта (8), а патрубки нижнего слива образуют соединение с последовательно установленными и соединенными между собой фильтром (21), сушильной камерой (22), прокалочной печью (23), дезинтегратором (24) и гранулятором (25) катализатора на основе смешанных оксидов поливалентных металлов, кроме того, отличающаяся тем, что дополнительно содержит установленные после руднотермической печи и последовательно соединенные циклоны (26) и абсорбер (27) с псевдоожиженной насадкой, снабженный водоорошаемым устройством, расположенным над поверхностью насадки и ложным днищем, нижний боковой патрубок абсорбера (27) имеет соединение с выходным патрубком циклона (26), а выход уловленной в циклонах пыли и суспензии, образующейся в абсорбере, направлен в смеситель-дозатор (28) для отгрузки уловленной и увлажненной пыли в контейнеры и последующей транспортировки и выгрузки в бункер-дозатор (12), затем в шнековые смесители (11) и (13) для приготовления композиционной смеси и ее отверждения.
Реализация полезной модели Поточная технологическая линия для обезвреживания и дезактивации отходов титанового производства работает следующим образом. Отработанный расплав титановых хлораторов поступает в ванну гидроудаления (1), куда одновременно подают воду и/или циркулирующий раствор (пульпу) и для перемешивания пульпы и окисления кислородом воздуха соединений двухвалентного железа в трехвалентное сжатый воздух. Образующаяся пульпа самотеком сливается в гидроотстойник (2), где оседает крупная ("песочная") фракция нерастворимого остатка, направляемая в шнековый смеситель (11). Пульпу из гидроотстойника (2) закачивают в циркуляционный бак (3), откуда часть пульпы подается в ванну гидроудаления (1), а остальная часть поступает в реактор для дезактивации и отстаивания (17), куда для нейтрализации, дезактивации и осаждения высокотоксичных и радиоактивных металлов из баков-сборников (6), (7), (8), (9) подают раствор хлорида бария, сульфатсодержащий неорганический реагент (серная кислота или сульфат натрия), высокомолекулярный флокулянт (например, полиакриламид) и магнезиальное молоко. Сгущенная часть пульпы из реактора для дезактивации и отстаивания (17) и ванадийсодержащие сточные воды из бака-сборника (4) направляются в реактор для осаждения суммы гидроксидов металлов (5), куда для нейтрализации и осаждения высокотоксичных и радиоактивных металлов подают щелочной реагент, например, магнезиальное молоко, а для перемешивания пульпы и окисления кислородом воздуха соединений двухвалентного железа в трехвалентное - сжатый воздух. Затем пульпу из реактора (5) подают на фильтр-пресс (10) для отделения жидкой фазы от радиоактивного осадка. Твердую фазу из корыта фильтр-пресса (10) направляют в шнековый смеситель (11), куда одновременно из бункера-дозатора (12) 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
3
шнековый смеситель (13), куда из бункера-дозатора (14) подают магнийсодержащие минеральные оксидные материалы (серпентинит, и/или брусит, и/или магнезит), а из бака - дозатора (15) подают раствор и/или пульпу хлорида магния, например, сгущенную магнезиальную пульпу (суспензию), образующуюся при очистке отходящих газов от С1з и/или НС1 магнезиальной суспензией (100-150 г/дм MgO). Полученную композиционную смесь затем подают в блок термообработки, прессования и формования (16). Осветленный хлоридный раствор из бака для дезактивации и отстаивания (17) направляется в реактор (18), куда для совместного осаждения оксигидратов Fe, Cr, Мn с небольшим количеством цветных, редких и рассеянных металлов (Sc, Al, Ti, Zr, Hf и др.) из баков-дозаторов (19), (20) и (8) подают растворы NaOH, NaOCl и высокомолекулярного флокулянта, например полиакриламид. Для разделения твердой и жидкой фаз полученная в реакторе (18) пульпа подается на фильтр, откуда обезвреженный фильтрат сбрасывается в канализацию, а осадок последовательно проходит сушильную камеру (22), прокалочную печь (23), дезинтегратор (24) и гранулятор (25) катализатора на основе смешанных оксидов поливалентных металлов. Пылегазовая смесь после руднотермической печи направляется в циклоны (26). Неуловленная в циклонах (26) тонкодисперсная фракция пыли, содержащая повышенное количество а-активных легколетучих продуктов распада тория, вместе с газовым потоком подается в абсорбер (27) с псевдоожиженной насадкой, снабженный водоорошаемым устройством, расположенным над поверхностью насадки и ложным днищем. Уловленная в циклонах (26) пыль и суспензия, образующаяся в абсорбере (28), поступают в смеситель-дозатор (28), откуда увлажненная пыль транспортируется в бункер-дозатор (12), затем в шнековые смесители (11) и (13) для приготовления композиционной смеси и ее отверждения.