Источник: http://www.minproc.ru/thes/2003/section5/thes2003s

Во всех металлургических переделах образуется значительное количество пылей, которые необходимо улавливать и утилизировать с целью извлечения содержащихся в них металлов и поддержания необходимого уровня охраны окружающей среды. Желесодержащие шламы металлургических предприятий образуются в процессе агломерации железных руд – шламы от газоочистки, аспирационные шламы, шламы гидросмыва рабочих площадок; в доменном переделе – колошниковая пыль, шламы мокрой газоочистки, аспирационные шламы литейных дворов и бункеров; в сталеплавильном производстве – мартеновские и конвертерные шламы мокрой и сухой газоочистки, а также крупная и мелкая прокатная окалина. Основная масса металлургических шламов содержит от 45 до 70 % железа. Таким образом, железосодержащие шламы представляют собой новый особый вид сырья для черной металлургии.

Шламы являются вторичным техногенным сырьем. Обезвоженные шламы и уловленные пыли всех металлургических производств используются преимущественно в качестве добавок в аглошихту и являются заменой части первичного рудного сырья. Расширение сырьевой базы за счет использования вторичного сырья является актуальным и для Магнитогорского металлургического комбината. Это объясняется тем, что доля собственного железорудного сырья не превышает 10 – 15 %, а приобретение концентрата своего основного поставщика – Соколовско-Сарбайского горно-обогатительного производственного объединения – становится все менее эффективным ввиду отсутствия единых транспортных тарифов в рамках СНГ, вследствие чего стоимость казахстанских концентратов возрастает практически вдвое.

Текущий выход доменных и агломерационных шламов ОАО «ММК» составляет порядка 400 тыс. тонн в год с массовой долей железа в шламах в среднем 51,6 %. Кроме того, значительное количество шламов накоплено в шламоохранилище. Для обезвоживания текущих шламов газоочисток доменных печей, мартеновских цехов и шламов аглофабрик на комбинате действует вакуум-фильтровальная установка. На установке осуществляется сгущение шламосодержащих вод, обезвоживание и сушка шламов, которые затем возвращаются на утилизацию в шихту аглофабрики.

Экономическая эффективность использования вторичного сырья в металлургическом производстве в значительной мере зависит от качества шламовой продукции, которое в свою очередь определяется не только содержанием полезных компонентов (железо, марганец, оксид кальция и пр.), но и наличием вредных примесей (цинк, свинец, сера, щелочные металлы). Основной проблемой при утилизации металлургических шламов является повышенное содержание в них цинка, особенно в связи с расширением использования оцинкованного скрапа в кислородно-конвертерном производстве. Утилизация этих шламов в аглопроизводстве без предварительного обесцинкования вызывает разрушение кладки доменных печей, образование цинкатных настылей, забивку аспирационных систем. Это существенно влияет на работу доменных печей и агломашин, тем самым уменьшая межремонтные периоды доменных печей и дорогостоящих аспирационных систем. Наиболее сложный химический состав имеют шламы газоочистки доменного и сталеплавильного производства. Эти шламы в процессе образования подвергаются высокотемпературному воздействию в условиях окислительной или восстановительной атмосферы. При химическом взаимодействии оксидов цинка и железа происходит образование ферритов цинка. В шламах цинк присутствует также в виде свободных зерен оксида цинка – минерала цинкита.

Над проблемой очистки железосодержащих пылей от цинка, их утилизации работают во многих странах мира. Большинство предложенных способов обесцинкования металлургических шламов можно сгруппировать следующим образом: пирометаллургические, гидрометаллургические, гравитационные. В промышленных масштабах во многих странах мира реализуются пирометаллургические процессы утилизации железосодержащих пылей и шламов путем их окомкования или брикетирования с последующей металлизацией окускованного материала во вращающихся печах. В этих процессах одновременно с восстановлением оксида железа в печах при высоких температурах возгоняется в виде паров большая часть цинка, свинца, щелочных металлов, возгоны обычно улавливаются в электрофильтрах, утилизируются и направляются на предприятия цветной металлургии. Технологические показатели в этих процессах достаточно высоки, но требуется сооружение специальных дорогостоящих установок.

В данной работе сделана попытка снижения содержания цинка в металлургических шламах с использованием обогатительных процессов – магнитной сепарации и обратной флотации. Для этого была отобрана проба железосодержащих шламов, поступающих на вакуум-фильтровальную установку ОАО «ММК». В лабораторных условиях определены гранулометрический состав шламов, магнитные характеристики шламов (удельная магнитная восприимчивость, намагниченность, коэрцитивная сила), гигроскопичность, насыпная плотность шламов. Изучение распределения цинка по классам крупности показало, что цинк в основном концентрируется во фракциях –0,25 +0,18 мм и –0,04 мм; извлечение цинка в эти фракции составляет 22,7 и 25,9 % соответственно. Массовая доля цинка в пробе по данным химического анализа 2,08 %.

Одним из эффективных способов обогащения тонких классов магнитных и слабомагнитных руд является полиградиентная сепарация. Полиградиентные сепараторы, основанные на фильтрации пульпы через слой объемной ферромагнитной среды, позволяют значительно увеличить напряженность и градиент магнитного поля, поверхность, на которой происходит разделение, уменьшить относительную скорость движения частиц, а, следовательно, и крупность обогащаемого материала. Испытания проводились на лабораторном сепараторе, состоящем из электромагнитной скобы, между полюсами которой помещена кассета, заполненная металлическими шариками, играющими роль магнитных насадок. Магнитное поле внутри рабочей зоны неоднородно по напряженности и по магнитной силе. В результате на частицы шламов при прохождении их в проточном режиме в зазоре между шарами действует магнитная сила, изменяющаяся в широких пределах. Шламы, обладающие высокой магнитной восприимчивостью, притягиваются в зонах с высоким градиентом магнитного поля к шарам, а немагнитные частицы уносятся водой в хвосты. В немагнитную часть должен переходить и оксид цинка, тем самым снижая массовую долю цинка в магнитной фракции.

Показатели разделения шламистых материалов на полиградиентных сепараторах в значительной степени определяются правильно подобранными параметрами. Проводили опыты при варьировании тока намагничивания катушек возбуждения, расхода смывной воды, плотности питания, диаметра шаров, высоты слоя шаров. Было изучено влияние каждого из перечисленных параметров на показатели разделения, но значительного снижения содержания цинка в магнитной фракции получить не удалось. При установленных оптимальных параметрах процесса (ток намагничивания 1 А, расход смывной воды 300 мл, содержание твердого в питании 7 %, диаметр шаров 9 мм, высота слоя шаров 10 см) было получено максимальное снижение массовой доли цинка в шламах с 2,08 % (исходные шламы) до 1,83 % (магнитная фракция). При этом массовая доля цинка в немагнитной фракции равна 3,4 %, то есть наблюдается некоторая концентрация цинка в хвостах. Так как выход немагнитной фракции во всех опытах был небольшим и не превышал 15 % от исходной навески, извлечение цинка в немагнитную фракцию составляло 20 – 25 %.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что в магнитогорских шламах содержится незначительное количество цинка в виде цинкита, и основная масса элементарного цинка приходится на ферриты цинка. Это подтверждают данные полного минерального состава шламов, согласно которым на долю цинка в форме цинкита приходится только 7,3 %, а остальные 92,7 % цинка – на ферриты. Феррит цинка обладает слабомагнитными свойствами, поэтому в интенсивном магнитном поле ферриты цинка задерживаются в межполюсном пространстве и попадают в магнитную фракцию. С учетом подобной специфики магнитогорских шламов эффективность полиградиентной сепарации шламов оказалась практически нулевой. В этом есть и положительная сторона. Экспериментально показана невозможность обесцинкования этих шламов магнитной сепарацией.

Поскольку цинк в шламах представлен в основном ферритами, была изучена возможность отделения их от шламов флотацией с предварительной активацией соединений цинка медным купоросом. Проведена серия флотационных опытов в режиме обратной флотации по следующей схеме. В исходную пульпу, подогретую до 300 С, подавали медный купорос и перемешивали в течение определенного времени для активации соединений цинка, после чего флотировали с использованием ксантогената и пенообразователя. При этом железосодержащие минералы депрессировали в высокощелочной среде, создаваемой известью. Выход пенного продукта составлял от 5 до 9 % с массовой долей цинка 4 – 5 %. Железосодержащий концентрат получали камерным продуктом. Массовая доля цинка в нем по сравнению с исходными шламами уменьшалась с 2,23 до 1,9 %. Таким образом, при разработке оптимального реагентного режима обратной флотации может быть получена значительная концентрация цинка в пенном продукте. Исследования в данном направлении будут продолжены, так как при флотационном способе одновременно решается задача снижения цинка в железосодержащем продукте и дополнительно получается цинкосодержащий продукт.