Сборник статей всеукраинского конкурса студенческих работ № 3, 2005 г.

РАЗРАБОТКА РАЦИОНАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЦИНКА ИЗ ЦИНКСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ ДОМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Беляк С.С., Ростовский В.И.

Одним из основных направлений экономического развития любой страны является повышение эффективности общественного производства на основе ускоренных темпов роста технического прогресса. Важное значение для дальнейшего увеличения производства имеет экономичное использование материальных ресурсов, так как потребность народного хозяйства в сырье и материалах непрерывно растет, а производство обходится все дороже. Природу до недавнего времени расценивали как неисчерпаемую кладовую, откуда можно брать безвозвратно различные ресурсы и складывать отходы.

Переход к устойчивому развитию для Украины подразумевает последовательное решение ряда принципиальных задач, одной из которых является ведение хозяйственной деятельности в пределах емкости экосистем на основе массового внедрения энерго- и ресурсосберегающих технологий. Повышенное внимание к использованию вторичных материальных ресурсов объясняется не только истощением полезных ископаемых, кроме того, оно дает прямую экономическую выгоду, так как является дополнительным сырьевым источником. Однако уровень использования вторичных ресурсов в настоящее время недостаточно высок. Основная причина неудовлетворительного их использования заключается в недостатке объектов подготовки утилизации отходов, зачастую отсутствии технологий переработки и не комплексному подходу.

Перспективным направлением формирования малоотходных территориальных комплексов является извлечение цветных металлов из цинксодержащих отходов черной металлургии с дальнейшей их переработкой на заводах цветной металлургии. Ресурсы цинка в цинксодержащих шламах черной металлургии Украины составляют более 50 тыс. т и они ежегодно могут увеличиваться на 10 тыс. т при полном освоении мощностей.

Одним из основных источников образования цинка являются доменные шламы. Исследованиями установлено, что цинк и его оксиды сосредотачиваются в основном в тонких частицах доменных шламов, улавливаемых на последних стадиях очистки доменного газа, а также в оборотной воде газоочисток доменных печей.

Для организации малоотходного доменного производства необходимо снижать образование отходов, улавливать их и разрабатывать рациональные экономически выгодные технологии подготовки отходов к комплексному использованию в металлургическом производстве, либо в смежных отраслях промышленности. Технологическая схема подготовки цинксодержащего доменного шлама выбирается в зависимости от вида шлама, его физико – химических характеристик, концентрации твердой фазы, а также требований к обезвоженному продукту и осветленной воде (рисунок 1).

Для реализации предлагаемого процесса рационально применять технологию вывода и подготовки доменных шламов от каплеуловителей тонкой очистки колошникового газа и дроссельной группы, так как в этом потоке сосредотачивается 60 – 70 % цинка. Поток доменных шламов полутонкой очистки газа в скрубберах направляется на обезвоживание и утилизацию по общепринятой технологии при агломерации железорудных материалов. Выделенный поток цинксодержащих доменных шламов направляется на отдельную подготовку. При этом, предполагается двухстадийное сгущение этого потока шламов с дальнейшей сушкой в распылительных сушилках. Сгущение целесообразно проводить в пластинчатых сгустителях, так как в этих аппаратах более интенсивно, чем в радиальных сгустителях, происходит осветление пульпы. Это позволяет достичь больших удельных нагрузок. Кроме того, они занимают меньше места чем радиальные.

Рисунок 1 - Технологическая схема подготовки цинксодержащих шламов тонкой газоочистки доменных печей с возгонкой цинка

После распылительной сушилки высушенные шламы целесообразно подвергать обработке в пировосстановительном процессе для извлечения из них цветных металлов. Если на заводе имеются мокрые газоочистки сталеплавильных агрегатов, то цинксодержащие доменные шламы после второй стадии сгущения можно направлять на совместную фильтрацию со сталеплавильными шламами. Это существенно удешевит процесс подготовки шламов.

Наиболее рациональной является ресурсо-энергосберегающая технология извлечения цинка из цинксодержащих пылей и шламов с использованием физического тепла огненно-жидких шлаков. В общем виде технология может быть осуществлена при сливе шлака из сталеплавильного агрегата и при переливе шлака из одной шлаковой чаши в другую на отдельном участке. Важным элементом технологии является дозирование отходов по ходу слива. Расчеты показали, что 1 т огненно – жидких шлаков можно обработать 0,6 – 0,8 т различных отходов металлургического производства.

Принципиальная технологическая схема обработки подготовленных смесей цинксодержащих пылей и шламов металлургического производства с очисткой газов и улавливанием возгонов цинка приведена на рисунке 2. Сталеплавильный шлак из шлаковой чаши (1) сливается по стационарному желобу (2) в другую шлаковую чашу (4) со снимаемой крышкой (3). Предварительно подготовленная смесь цинксодержащих пылей и шламов с необходимой добавкой углерода дозируется из бункера (9) на желоб при сливе шлака. Возгоны цинка улавливаются в рукавном фильтре (5), накапливаются в бункере (6), и затем периодически затариваются в мешки или специальные ёмкости (7) для отгрузки на заводы цветной металлургии. Подсосом воздуха между чашей (4) и крышкой (3) регулируется степень окисления цинка. Отсос газов от реактора осуществляется дымососом (8).

1 - шлаковая чаша; 2 - стационарный желоб; 3 - шлаковая чаша; 4 - крышка; 5 - рукавный фильтр; 6, 9, 10 - бункер; 7 - мешка; 8 –дымосос

Рисунок 2 – Принципиальная схема обработки отходов жидкими шлаками

При необходимости обработки других отходов по предлагаемой схеме указанные материалы могут дозироваться из отдельного бункера (10), а подача материалов из бункера (9) прекращается.

Гранулированный шлак выгружается из шлаковозной чаши (например, на шлаковый двор), охлаждается и после грохочения может в требуемых количествах в зависимости от баланса фосфора использоваться в агломерационном производстве крупностью до 10 мм и доменном переделе крупностью более 10 мм.

Технология подготовки отходов и их обработка жидкими шлаками в каждом конкретном случае будет иметь свои специфические особенности, которые необходимо учитывать при разработке соответствующей технологической схемы. Особое внимание в данной технологии должно уделяться улавливанию возгонов цветных металлов и их отправлению на заводы цветной металлургии.

В процессе обработки отходов жидкими шлаками из реакционной зоны выделяется восстановленный цинк, который в потоке горячего воздуха окисляется до ZnО. Задача улавливания пылей и газов при осуществлении указанной технологии имеет не только технологическую задачу (улавливание возгонов цветных металлов), но и экологическую.