Источник: http://journal.issep.rssi.ru
Образование и накопление отходов в аспекте устойчивого развития цивилизации является одним из факторов давления на окружающую среду. Рассмотрение отхода как субстанции, включающей не только ресурсную, но и экологическую составляющие, позволяет по-новому оценить перспективы тех или иных технических решений по переработке (утилизации) отходов.
Мотивированность использования отходов определяется главным образом ресурсными соображениями. Металлургические отходы в виде шламов, прежде всего можно квалифицировать как суррогаты железных руд (содержание железа колеблется в пределах 37…65 %), применение шламов взамен руд или концентратов позволит снизить потребление природных ресурсов.
Вместе с тем ресурсный аспект утилизации шламов требует непременно комплексного подхода к учету их ресурсной составляющей: ограничение использования металлургических шламов накладывались именно из-за содержания "нежелательных", но отнюдь не менее ценных компонентов.
В условиях дефицита финансовых ресурсов целесообразно решать проблему рециклинга шламов традиционными металлургическими способами, одним их которых является агломерация, в том числе агломерация под давлением.
Данная работа имеет целью показать возможность получения агломерата из шихты, содержащей 100 % цинксодержащих шламов, выявить влияние физико-химических факторов на показатели извлечения цинка в пылевидный продукт в процессе агломерации под давлением, определить лимитирующие стадии процесса извлечения цинка в ходе спекания.
Исследования проводились на специально оборудованной для проведения спеканий под давлением агломерационной чаше.
Агломерационная шихта состояла из шлама конвертерного производства НЛМК с содержанием цинка 1,81 % (50...62 %), MgO-содержащей добавки (5...10 %), возврата (25 %) и твердого топлива (коксика) (7,5...15 %).
Исследования проводились методом математического планирования эксперимента, оценены три фактора в двух уровнях: расход твердого топлива, MgO-содержащей добавки, давление над слоем.
Удаление цинка при агломерации определяется главным образом двумя процессами: восстановлением цинка из его соединений в зоне горения и переходом в парообразную фазу (определяется температурно-тепловыми условиями и расходом твердого топлива) и эвакуацией паров цинка фильтрующимся теплоносителем с одновременным окислением паров цинка как собственно газовой фазой, так и шихтовыми материалами, расположенными под зоной горения.
Эффективность технологии агломерации под давлением определяется возможностью интенсифицировать процесс эвакуации благодаря повышению скорости фильтрации. Сопоставление скоростей спекания в обычном (вакуумном) режиме агломерации и под давлением (табл. 1) показывает, что в последнем случае скорости спекания (скорость фильтрации) увеличивается в 1,5...3 раза.
Степень удаления цинка определяется на основании массовых расходов компонентов и содержания в них цинка, %:
Расчет степени удаления цинка проводили раздельно для верхней и нижней частей агломерационного спека. Удаление цинка из верхнего слоя составляет 40…73 % и значительно превышает данный показатель для нижнего (20…63 %). Совокупное влияние факторов на степень удаления цинка аппроксимировано функциями отклика вида:
Максимальное влияние на степень удаления цинка, обусловленную условиями его восстановления, оказывает расход топлива в шихту. В верхней части спека увеличение расхода топлива от 7,5 до 15 % приводит к увеличению степени удаления цинка от 40 до 75 % (для нижнего слоя соответственно 20-63 %). Изменение давления воздуха над спекаемым слоем, как и расход MgO-содержащей добавки, оказывает меньшее влияние на степень удаления.
Отличие степени удаления цинка в верхней и нижней частях агломерационного слоя составляет 10…20 % абс. Для анализа механизма, определяющего указанные отличия, предложен метод зонального материального баланса.
Для расчета зонального материального баланса цинка в процессе агломерации цинксодержащих шихт под давлением была предложена схема его поведения. В верхний слой цинк поступает с шихтовыми материалами и распределяется между агломератом и цинксодержащей пылью.
В нижний слой приход цинка осуществляется с шихтой и цинксодержащей пылью,поступающей из верхних слоев. В нижней части спека цинк распределяется между агломератом, материалом постели и цинксодержащей отходящей пылью.
Рассчитанное с помощью предлагаемой схемы распределение цинка между продуктами процесса показывает, что в верхнем слое агломерационного спека остается около 20 % цинка, в нижнем – чуть более 20 %, в материале постели – менее 1 %, а основная часть (более 60 %) уходит с отходящей цинксодержащей пылью. Ориентировочная оценка дает для содержания оксида цинка в отходящей пыли не менее 30 %.
Таким образом, степень удаления цинка из нижнего слоя, по крайней мере, не ниже, чем из верхнего. В таком случае для повышения эффективности удаления цинка при агломерации необходимы решения, ограничивающие поступление цинка в нижнюю часть слоя.