УДК 502.131
студент 5 курса кафедры Геоэкологии
Научный руководитель:
проф., д. т.н.
заведующая кафедрой Геоэкологии
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
г. Санкт-Петербург
УТИЛИЗАЦИЯ ПЫЛИ ОТ СИСТЕМ АСПИРАЦИИ И ГАЗООЧИСТКИ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
DUST UTILIZATION FROM SYSTEMS OF ASPIRATION AND GAS PURIFICATION OF STEEL-SMELTING PRODUCTION
В настоящее время в России скопились миллиарды тонн промышленных отходов предприятий черной металлургии. Хотя многие виды отходов в процессе производственной деятельности обезвреживаются и утилизируются, но все-таки основная их часть складируется в отвалах, хвосто - и шламохранилищах. При этом накопленные отходы представляют собой крупный сырьевой источник для производства черных и цветных металлов, сопоставимый по содержанию полезных компонентов с природными месторождениями. [4]
В связи с этим решение вопросов повторного использования отходов горно-металлургических производств становится одной из самых актуальных проблем деятельности предприятий.
На предприятиях черной металлургии образуются такие виды промышленных отходов, как шлаки, керамический лом, сухая и замасленная окалины, шламы и пыли. Большая часть этих отходов поддается переработке. Так, например, металлические составляющие, извлекаемые из шлаков, керамического лома отправляются на переплав, остальные компоненты применяются в строительной сфере и используются для ремонта огнеупорного оборудования.
К наименее утилизируемой группе отходов сталеплавильного производства относятся дисперсные отходы, уловленные в системах очистки аспирационных и технологических выбросов в виде пыли. По своему составу эти отходы представляют собой мелкофракционные остатки минерального сырья и продуктов его переработки.
Целью производимых исследований является извлечение металлов из пыли от систем аспирации и газоочистки электросталеплавильного цеха (ЭСПЦ) и последующая утилизация железосодержащего остатка в основном производстве.
Для достижения цели отделом аналитических исследований Центра коллективного пользования Национального минерально-сырьевого университета «Горный» был проведен рентгенофлуоресцентный анализ проб пыли, который показал, что характерной особенностью является ее полиэлементный состав с высоким содержанием металлов (Fe, Zn, Cd, Cu и др.)
Последствия складирования в накопителях данного вида отходов заключаются в потерях ценных компонентов и загрязнении окружающей природной среды. Так, цинк является серьезным источником загрязнения поверхностных и подземных вод, обладая высокой подвижностью в почве.
Мониторинговые исследования показали, что при значениях pH более 6 происходит накопление цинка в почве в больших количествах благодаря взаимодействию с породообразующими элементами. В водорастворимое соединение цинк начинает переходить при значениях pH менее 6. [1]
Учитывая негативное влияние компонентов данного вида отходов на окружающую природную среду, ограниченные возможности по расширению объемов накопителей, а также истощение источников исходного минерального сырья, актуальными являются задачи разработки новых решений по переработке пыли ЭСПЦ.
В настоящее время утилизации подвергается лишь 1/3 часть образующейся в мире пыли сталеплавильного производства. [4]
Присутствие в пыли соединений цинка делает ее непригодной к использованию в основном производстве без его предварительного удаления.
Существует 2 способа извлечения цинка: пиро - и гидрометаллургический.
В первом случае, восстановление цинка в промышленных условиях проводят только углетермически, используя в качестве восстановителя уголь или кокс.
Отделение цинка от других сопутствующих ему компонентов достигается благодаря тому, что во вращающихся трубчатых печах при высоких температурах и в восстановительной обстановке цинк переходит в газовую фазу. Пылегазовый поток по выходе из трубчатой печи попадает в пылевую камеру, где оседает грубая пыль (механический унос шихты), в кулера, где охлаждается наружным воздухом через стенки труб, а затем в рукавные фильтры, где улавливаются возгоны (вельц-оксиды). [2]
Главными недостатками пирометаллургического метода являются:
- цинк низкого качества (так как загрязнен примесями);
- высокие расходы на топливо и ремонт оборудования;
- необходимая подготовка материалов к основным операциям (шихтоподготовка);
- трудности, связанные с регулированием температурного режима;
- образование настылей на стенках оборудования;
- необходимость установки систем газоочистки. [3]
Во втором случае, гидрометаллургическое извлечение цинка включает совокупность ряда операций: растворение соединений цинка и других компонентов сырья в серной кислоте, отстаивание, сгущение и фильтрацию пульпы, очистку раствора сульфата цинка от примесей. [3]
Преимуществами гидрометаллургического метода перед пирометаллургическим являются:
1) возможности более полно и комплексно перерабатывать сырье;
2) меньшие затраты удельной энергии
3) на выходе - цинк лучшего качества;
4) легче осуществимы природоохранные мероприятия;
5) лучше условия труда (меньше пыление, ниже температура в производственных помещениях).
Цель процесса выщелачивания – обеспечение максимального извлечение цинка в раствор при минимальном извлечении других элементов.
Из-за того, что цинк в пыли ЭСПЦ находится в основном в виде сложного соединения - феррита цинка (ZnFe2O4), который трудно вскрывается, то были выбраны наиболее жесткие условия выщелачивания: высокая температура и высокая концентрация раствора кислоты.
Для наиболее эффективного извлечения цинка было выбрано автоклавное выщелачивание, обеспечивающее высокие показатели. Использование повышенных температур и давлений обеспечивает сравнительно быстрое вскрытие цинк-железосодержащего сырья.
Проведя ряд опытов и проанализировав растворы, было доказано, что высокотемпературное сернокислое автоклавное выщелачивание пыли сталеплавильного производства, по сравнению с двухстадийным атмосферным выщелачиванием, дает возможность извлекать цинк в раствор выше 90%.
Автором работы предложена технологическая схема переработки пыли ЭСПЦ сталеплавильного производства, которая, помимо стадий выщелачивания и фильтрации, включает в себя подготовку железосодержащего кека для использования его в агломерационном или доменном производствах в качестве одного из компонентов шихты, а также получение полупродукта цинка для цинковых производств.
Эколого-экономическая эффективность разрабатываемого способа заключается в снижении объемов образующегося отхода и уменьшении нагрузки на окружающую природную среду, а также сокращении расходов предприятий на закупку исходного сырья для производства. Продажа сторонним предприятиям полученного полупродукта цинка даст возможность сократить срок окупаемости внедряемых природоохранных мероприятий.
Литература.
1. , Кабанов утилизации отходов горно-металлургических предприятий при добыче и переработке железорудного сырья. / Материалы межвузовской интернет-конференции «Экологические проблемы минерально-сырьевого комплекса». – СПб.: СПГГИ (ТУ), 2011.
2. , Маргулис свинца и цинка. – М.: Металлургия, 1985. – 263 с.
3. , , Набойченко. Извлечение цинка из рудного сырья. – Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009. –492 с.
4. Г Использование вторичных ресурсов черной металлургии: проблемы и решения. // «Металлургическая теплотехника», 2011. – Выпуск 3 (18).
Аннотация.
В работе предлагается высокоэффективный способ переработки отходов сталеплавильного производства.
Проведена оценка и обоснование необходимости утилизации пыли от систем аспирации и газоочистки сталеплавильного производства, характеризующейся высоким содержанием металлов, прежде всего железа и цинка.
Приводятся результаты лабораторных испытаний по извлечению цинка из пыли с использованием высокотемпературного сернокислого автоклавного выщелачивания.
Оценивается эколого-экономическая эффективность процесса утилизации пыли от систем аспирации и газоочистки сталеплавильного производства.
In work the highly effective way of processing of waste of steel-smelting production is offered.
The assessment and justification of need of utilization of a dust from systems of aspiration and gas purification of the steel-smelting production, being characterized by the high content of metals, first of all iron and zinc is carried out.
Results of laboratory researches on zinc extraction from a dust with use of a high-temperature sulfate autoclave vatting are given.
Ekologo-economic efficiency of process of utilization of a dust from systems of aspiration and gas purification of steel-smelting production is estimated.
Ключевые слова.
отходы сталеплавильного производства, загрязнение окружающей природной среды, технология переработки пыли сталеплавильного производства, автоклавное выщелачивание
waste of steel-smelting production, environmental pollution, technology of processing of a dust of steel-smelting production, autoclave vatting
