СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЦИНКСОДЕРЖАЩИХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ОТХОДОВ
PROCESSING METHOD OF ZINC-CONTAINING METALLURGICAL WASTE

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при переработке цинксодержащих отходов черной металлургии вельцеванием.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ переработки металлургических отходов, включающий смешение с углеродистым восстановителем, окомкование с бентонитом и последующее вельцевание в трубчатой печи. («Сталь», №9, 2010, с.19-22).
Недостатки известного способа:
а) большой расход углеродистого восстановителя-400 кг/т цинксодержащих металлургических отходов, необходимый:
- для поддержания высокой температуры процесса 1150°С;
- для вельцевания крупных гранул более 9 мм;
- для сушки гранул на колосниковой решетке.
3
б) низкая производительность печи (0,7 т/м *сут.).
Цель изобретения - снижение расхода коксовой мелочи, повышение производительности печи. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе на стадию смешения цинксодержащих отходов подают гидроксид кальция в количестве 20÷30% от содержания кремнезема в шихте и коксовую мелочь крупностью менее 1 мм в количестве 13÷17% от веса шихты, окомкование ведут с получением гранул размером 2-4 мм и влажностью 10-12%. Процесс ведут при температуре 900-1000°С.
На рис.1 изображена аппаратурная схема переработки цинксодержащих металлургических отходов. Схема включает:
1 - бак для приготовления пульпы гидроксида кальция;
2,3 - бункера для цинксодержащих металлургических отходов, твердого углеродистого восстановителя крупностью менее 1 мм;
4 - резервный бункер, используется для подачи корректирующего количества твердого углеродистого восстановителя крупностью 2 мм;
5 - смеситель-окомкователь;
6 - вельц-печь.
2
3
В баке (1) путем перемешивания с водой готовится пульпа гидроксида кальция (содержание Са(ОН) - 180-220 г/дм).
В бункер (2) загружается пылевидный цинксодержащий металлургический отход (содержание фракции - 1 мм-100%), а в бункер (3) углеродсодержащий материал (содержание фракции - 1 мм-100%). Затем из бункеров (2,3), из бака (1) компоненты загружаются в смеситель-окомкователь. Процесс окомкования ведут до получения гранул размером 2-4 мм и имеющих влажность-10-12%. Полученные гранулы загружают в печь. Дополнительно в печь для корректировки процесса вельцевания из бункера (4) может подаваться твердый углеродистый восстановитель крупностью более 2 мм.
Подача пульпы гидроксида кальция в количестве 20-30% от содержания кремнезема в шихте и коксовой мелочи крупностью менее 1% в количестве 13-17% позволяет без подсушки получить прочные гранулы размером 24 мм и имеющих влажность 10-12%.
Использование заявляемого количества гидроксида кальция в сочетании с заявляемой крупностью шихты и ее влажностью позволяет:
- снизить температуру вельцевания с 1150-1250°С до 900-1000°С,
- обеспечить необходимую отгонку и извлечение цинка и свинца из пылевидных отходов (пылей электродуговой печи).
Снижение температуры процесса снижает расход углеродсодержащего материала без потерь цинка и свинца с клинкером.
3
3
Использование гидроксида кальция позволяет получить прочные и неоплавляющиеся в указанном интервале температур гранулы. Исключается образование настылей, залегание материала в печь. При этом увеличивается производительность печи с 0,65 т/м*сут. до 1,1 т/м*сут.
Интервал добавки гидроксида кальция 20-30% от веса кремнезема определяется необходимостью связывания активной составляющей кремнезема в тугоплавкие силикаты кальция и необходимостью получения прочных гранул.
При снижении менее 20% имеет место оплавление гранул с частичной потерей прочности. При увеличении более 30% снижается прочность гранул. Интервал влажности гранул обусловлен следующими факторами:
- при влажности менее 10% получаются гранулы с прочностью менее 2 кг/гранулу;
- при влажности более 12% гранулы разрушаются в подготовительной зоне печи. Увеличивается содержание железа в вельц-окиси.
Расход коксовой мелочи с крупностью 1 мм в количестве 13-17% обусловлен требованиями по прочности гранул необходимым извлечением цинка.
Увеличение содержания коксовой мелочи снижает прочность гранул, снижение содержания уменьшает степень отгонки цинка, повышает содержание железа в вельц-окиси.
Увеличение крупности гранул более 4 мм приводит к снижению прочности гранул и составляет менее 2 кг/гранулу. Снижение крупности гранул менее 2 мм увеличивает содержание железа в вельц-окиси. Интервал температуры процесса 900-1000°С обусловлен требованиями по извлечению цинка (при температуре менее 900°С резко снижается степень отгонки цинка) и расходом углеродсодержащего восстановителя (при температуре более 1000°С увеличивается расход углеродсодержащего восстановителя).
Пример 1. Влияние добавки гидроксида кальция.
К цинксодержащему металлургическому отходу (пылям электродуговой печи, далее пыли ЭДП) состава, %:
2
3
Цинк - 19,3; свинец - 1,9; оксид кремнезема-6,8; добавляем в виде пульпы гидроксид кальция (Са(ОН) - 100%) в количестве 17; 20; 23; 27; 30 и 33% от веса кремнезема. Содержание гидроксида кальция в пульпе 200 г/дм. Кроме того, добавляем твердый углеродсодержащий материал (кокс) крупностью менее 1 мм (100%) в количестве 15% от веса шихты.
Полученную смесь окомковывали в смесителе-грануляторе с получением гранул 2÷4 мм и влажностью 11,2%.
Гранулы с добавкой углеродсодержащего материала с крупностью 3 мм загружали в лабораторную вельц-печь и перерабатывали при температуре 950°С в течение 3-х часов. Общий расход кокса составлял 21% от веса пылей ЭДП с учетом корректирующей добавки коксовой мелочи вводимой в печь отдельно от гранул. Крупность указанной коксовой мелочи - 2 мм.
Для сравнения проводили опыт по прототипу: без добавки гидроксида кальция, с добавкой на стадию смешения бентонита (5%), коксика крупностью - 3 мм в количестве 15%. Полученную смесь окомковывали с добавкой воды до влажности 9%. При получении гранул размером 10-20 мм гранулы сушили при Т=350°С. После сушки часто растрескавшиеся гранулы (в основном это гранулы размером более 12 мм) отсеивались. Упрочненные окатыши загружались в лабораторную вельц-печь. Процесс вели в аналогичных предлагаемому способу условиях.
Результаты опытов приведены в табл.1.
Таблица 1.
Результаты опытов.
Наименование способа
Расход Са(ОН)<sub>2</sub> к весу кремнезема, %
Производительность печи, т/м<sup>3</sup>*сут.<sup>1</sup>
Содержание цинка в клинкере, %
Состояние материала в печи
Предлагаемый (21% углеродсодержащего материала к весу цинксодержащего металлургического отхода)
17
0,9
1,3
Частичное оплавление
20
1,0
0,5
Сыпучий
23
1,05
0,1
Сыпучий
27
1,2
0,1
Сыпучий
30
1,1
0,1
Сыпучий
33
0,9
1,3
Частичное оплавление распадающихся гранул
Известный (21% углеродсодержащего материала к весу цинксодержащего металлургического отхода)
0
0,45
5,4
Расплав в печи
<sup>1</sup> Производительность печи определяется в тоннах пыли ЭДП, отнесенных к 1 м<sup>3</sup> рабочего объема печи.
3
Как видно из табл.1., при снижении расхода гидроксида кальция к содержанию кремнезема в пылях ЭДП до 17% происходит частичное оплавление материала в печи и производительность снижается с 1,0 до 0,9 т/м*сут. Содержание цинка в клинкере увеличивается с 0,5 до 1,3%.
3
При увеличении расхода гидроксида кальция к содержанию кремнезема в пылях ЭДП с 30 до 33% происходит частичное оплавление материала за счет частичного разрушения гранул. Производительность печи снижается с 1,0 до 0,9 г/м*сут. Содержание цинка в клинкере увеличивается с 0,1 до 1,3%.
При проведении опытов по прототипу при расходе коксика к весу цинксодержащего отхода (пыли ЭДП) 21% положительный эффект не достигается.
3
Происходит расплавление материала в печи. Производительность печи снижается с 1,1 до 0,45 т/м*сут., а содержание цинка в клинкере растет с 0,1 до 5,4%. Показатели вельцевания улучшаются при повышении количества углеродсодержащего материала до 40% к весу пыли ЭДП.
Пример 2.
Влияние влажности гранул.
Опыты проводили с пылями ЭДП (см.пример 1) при добавке гидроксида кальция к весу кремнезема 27%.
Влажность шихты, % 9;10;11;12;13.
По прототипу первоначально влажность составила 9%, а после сушки - 0%. Результаты опытов приведены в табл.2.
При снижении влажности гранул менее 10% происходит их частичное разрушение и последующее оплавление материала. При этом увеличивается содержание железа в вельц-окиси с 0,8 до 1,4%; а содержание цинка в клинкере растет с 0,1 до 1,3%. При увеличении влажности более 12% имеет место частичное оплавление материала, вызванное потерей прочности гранул. При этом содержание железа в вельц-окиси растет с 0,8 до 1,6%, а содержание цинка в клинкере - с 0,1 до 5,4%.
При проведении опытов по прототипу прочность гранул высокая, содержание железа в пределах нормы-0,8%. Однако, из-за низкой степени отгонки цинка и расплавленного материала в печи потери цинка с клинкером растут с 0,1 до 5,3%.
Пример 3.
Влияние крупности коксовой мелочи.
Окатывание проводили с пылями ЭДП (см.примеры 1,2) и крупностью коксовой мелочи менее 1 мм в количестве, %:
12; 13; 15; 17; 18 от веса шихты.
По прототипу крупность коксовой мелочи составляла 3 мм и расход 15%. Результаты опытов приведены в табл.3.
Таблица 3.
Результаты опытов.
Наименование способа
Количество коксовой мелочи
Прочность гранул
Содержание железа в вельц-окиси
Содержание цинка в клинкере
Размер закатанной коксовой мелочи, мм
Состояние материала в печи
Предлагаемый (21% углеродсодержащего материала к весу цинксодержащего металлургического отхода)
12
2,6
0,7
1,3
<1
Частичное оплавление
13
2,4
0,8
0,1
<1
Сыпучий
15
2,4
0,8
0,1
<1
Сыпучий
17
2,3
0,8
0,1
<1
Сыпучий
18
1,8
1,5
1,4
<1
Частичное оплавление
Известный (21% углеродсодержащего материала к весу цинксодержащего металлургического отхода)
15
2,1
0,9
3,1
2
Оплавление
При снижении количества вводимой в гранулы коксовой мелочи прочность гранул не снижается, однако имеет место частичное оплавление материала и повышение содержания цинка в клинкере с 0,1 до 1,3%. При увеличении количества вводимой в гранулы коксовой мелочи прочность гранул снижается, происходит оплавление и содержание цинка в клинкере увеличивается с 0,1 до 1,4%.
При проведении опытов по прототипу, размер гранул более 9 мм позволяет закатывать коксовую мелочь без существенной потери прочности. Однако, скорость отгонки цинка падает и растет содержание цинка в клинкере с 0,1 до 3,1%.
Пример 4.
Влияние размера гранул.
Окатывание проводили с пылями ЭДП (см.примеры 1,2,3) с получением гранул размером, мм: 1, 2, 3, 4, 5. По прототипу размер гранул составлял 9-10 мм.
Результаты опытов приведены в табл.4.
Таблица 4.
Результаты опытов.
Наименование способа
Размер гранул, мм
Содержание железа в вельц-окиси, %
Содержание цинка в клинкере, %
Производительность печи, т/м<sup>3</sup>*сут.
Состояние материала в печи
Предлагаемый (21% углеродсодержащего материала к весу цинксодержащего металлургического отхода)
1
1,9
1,5
0,9
оплавление
2
0,8
0,1
1,1
сыпучий
3
0,8
од
1,1
сыпучий
4
0,8
0,3
1,0
сыпучий
5
0,7
1,21
0,9
сыпучий
Известный (21% углеродсодержащего материала к весу цинксодержащего металлургического отхода)
10
0,7
4,4
0,4
сыпучий
При снижении размера гранул менее 1 мм имеет место частичное оплавление материала, увеличивается пылевынос, что снижает показатели процесса:
3
- производительность печи снижается с 1,1 до 0,9 т/м*сут.;
- содержание железа в вельц-окиси растет с 0,8 до 1,9%;
- содержание цинка в клинкере увеличивается с 0,1 до 1,5%.
При увеличении размера гранул более 4 мм снижаются показатели процесса из-за снижения скорости отгонки цинка:
- содержание цинка в клинкере растет с 0,3 до 1,4%;
3
- производительность печи падает с 1,1 до 0,9 т/м *сут.
3
При проведении опытов по прототипу с размером гранул 10 мм по сравнению с заявляемым способом производительность печи снижается с 1,1 до 0,4 т/м*сут., и содержание цинка в клинкере растет с 0,1 до 0,4%.
Пример 5.
Влияние температуры процесса.
Пыли ЭДП состава (см.пример 1) окатывали в гранулы размером 3 мм, с содержанием в них гидроксида кальция 25% от веса кремнезема в шихте, и с добавкой в гранулы коксовой мелочи крупностью менее 1 мм в количестве 15% от веса шихты. Гранулы имели влажность 11%. К полученным гранулам добавляли углеродсодержащий материал в количестве, обеспечивающим общее содержание кокса 21% от веса пыли ЭДП. Смесь перерабатывали в лабораторной вельц-печи при температуре, °С: 890; 900; 950; 1000; 1010 в течение 3-х часов.
Для сравнения проводили опыт по прототипу (см.пример 1). Результаты опытов приведены в табл.5.
Таблица 5.
Результаты опытов.
Наименование способа
Температура в печи, <sup>°</sup>С
Производительность печи, т/м<sup>3</sup>*сут.
Содержание цинка в клинкере
Расход коксовой мелочи, кг/т пыли ЭДП
Состояние материала в печи
Предлагаемый (21% углеродсодержащего материала к весу цинксодержащего металлургического отхода)
890
0,9
1,4
210
Сыпучий
900
1,0
0,7
210
Сыпучий
950
1,1
0,1
210
Сыпучий
1000
1,1
0,1
210
сыпучий
1010
0,9
1,0
210
Частичное оплавление
Известный (21% углеродсодержащего материала к весу цинксодержащего металлургического отхода)
1150
0,7
1,1
400
сыпучий
950
0,3
6,1
400
сыпучий
3
Снижение температуры процесса с 900 до 890°С уменьшает производительность печи с (1,1÷4,0) до 0,9 т/м*сут. и увеличивает содержание углерода в клинкере с (0,1÷0,7) до 1,4%.
Увеличение температуры процесса не увеличивает положительного эффекта (при расходе коксовой мелочи 210 кг/т пыли ЭДП), при этом приводит к частичному оплавлению материала, а так же снижает производительность печи с 1,1 до 0,9 и повышает содержание цинка в клинкере с 0,1 до 1,0%.
3
3
При проведении опытов по прототипу расход коксовой мелочи увеличивается с 210 до 400 кг/т пыли ЭДП, при этом показатели процесса ниже, чем в заявляемом способе, а именно производительность печи снижается с 1,1 до 0,7 т/м*сут., содержание цинка в клинкере растет с 0,1 до 1,1%. При этом необходимо увеличить температуру процесса с 900-1000°С до 1150°С. При снижении температуры процесса до заявляемой производительность печи снижается до 0,3 т/м*сут., а содержание цинка в клинкере увеличивается до 6,1%.
Таким образом, проведенные опыты показали, что в предлагаемом способе на стадию смешения к цинксодержащим металлургическим отходам, например, пылям электродуговых печей (ЭДП), добавка гидроксида кальция должна составлять 20-30% от содержания кремнезема в шихте, коксовая мелочь, вводимая в гранулы должна быть крупностью менее 1 мм, а ее количество составлять 13-17%, при этом гранулы должны иметь размер 2-4 мм и влажность 10÷12%.
При этих условиях процесс вельцевания можно вести при температуре 900-1000°С.
Использование предлагаемого способа по сравнению с известным способом переработки цинксодержащих металлургических отходов позволит:
3
- повысить производительность печи с 0,7 до 1,1 т/м*сут.;
- снизить расход углеродистого восстановителя с 400 кг/т цинксодержащих металлургических отходов до 210 кг/т указанных отходов;
- исключить дорогостоящий процесс сушки гранул;
- упростить технологическую схему.