Классификация отходов производства возможна по различным
признакам, среди которых основными можно считать следующие:
→ по отраслям
промышленности-черная и цветная металлургия, рудо- и угледобывающая
промышленность, нефтяная и газовая и т.д.;
→ по фазовому составу-твердые
(пыли,шламы,шлаки),жидкие(растворы, эмульсии, суспензии),газообразные (оксиды
углерода, азота, соединение серы и др.);
→ по производственнным циклам-при
добыче сырья (вскрышные и овальные породы),при обогащении (хвосты, шламы,
сливы), в пирометаллургии (шлаки, шламы, пыли, газы), в гидрометаллургии
(растворы, осадки, газы).
На металлургическом комбинате с замкнутым
циклом (чугун-сталь-прокат) твердые отходы могут быть двух видов-пыли и шлаки.
Довольно часто применяется мокрая газоочистка, тогда вместо пыли отходом
является шлам. Наиболее ценными для черной металлургии являются железосодержащие
отходы (пыль, шлам, окалина), в то время как шлаки в основном используются в
других отраслях промышленности. При работе основных металлургических агрегатов
образуется большее количество тонкодисперсной пыли, состоящей из оксидов
различных элементов. Последняя улавливается газоочистными сооружениями и затем
либо подается в шламонакопитель, либо направляется на последующую переработку (в
основном как компонент аглошихты).
Шламы можно разделить на:
•
шламы агломерационных фабрик;
• шламы доменного производства:
→
газоочисток доменных печей;
→ подбункерных помещений доменных печей;
•
шламы сталеплавильного производства:
→ шламы газоочисток мартеновских
печей;
→ шламы газоочисток конвертеров;
→ шламы газоочисток
электросталеплавильных печей.
По содержанию железа их подразделяют
следующим образом:
→ богатые (55-67%)-пыль и шлам газоочисток
мартеновских печей и конвертеров;
→ относительно богатые (40-55%)-шламы и
пыли аглодоменного производства;
→ бедные (30-40%)-шлам и пыль
газоочисток электросталеплавильного производства.
Основными
характеристиками шламов являются химический и гранулометрический состав, однако
при подготовке шламов к утилизации необходимо знать параметры, как плотность,
влажность, удельный выход и др. Следует отметить, что пыли (шламы)
металлургических предприятий по химическому (и отчасти по гранулометрическому)
составу отличаются друг от друга, поэтому эти характеристики представлены далее
в усредненном виде.
Технология подготовки шламов доменных газоочисток
предусматривает обезвоживание осаждением в отстойниках, фильтрование в аппаратах
различного типа и при необходимости термическую сушку. Особенностью шламов
доменных газоочисток является повышенное содержание в них цинка. Вследствие
этого при подготовке их к использованию в качестве компонента доменной шихты
необходимо проводить обесцинкование. Последняя может проводиться как пиро-,так и
гидрометаллургическими способами. При содержании в шламах цинка > 12 % они
могут использоваться как сырье для его получения.
Шламы подбункерных
помещений доменных печей, как указывалось ранее, похожи по химическому и
гранулометрическому составам на шламы аглофабрик, поэтому в настоящее время
единственным направлением утилизации этих шламов является использование их в
качестве компонента аглошихты. Подготовка их в этом случае предусматривает
обычные стадии обезвоживания; желательно, чтобы этот материал, смешиваемый с
другими компонентами аглошихты, имел зернистую структуру. Это улучшает
окомкование аглошихты и приводит к увеличению газопроницаемости ее слоя, что
благотворно сказывается на производительности агломашины и качестве
агломерата.
Пыли металлургического производства обычно не требуют
какой-либо предварительной подготовки перед утилизацией. Шламы, прежде чем их
использовать (например в качестве компонента шихты), необходимо подвергнуть
обезвоживанию (сгущению, фильтрованию, сушке).
Сгущение - процесс
повышения концентрации твердой фазы в сгущаемом продукте (шлам,пульпа),
протекающий под действием гравитационных и (или) центробежных сил. При сгущении
шламов стремятся получить не только осадок достаточной плотности, но и возможно
более чистый слив, что позволяет использовать последнийв оборотном цикле и
исключить потери твердого продукта. Поскольку количество воды в сгущаемом
продукте составляет 30-60%, то использовать такой обводненный материал в
качестве добавки к аглошихте или окомковывать его с целью получения окатышей
практически невозможно. Поэтому сгущенный продукт необходимо профильтровать для
того, чтобы содержание влаги в нем снизить до 8-10%.
При фильтровании
шламов происходит процесс разделения жидкого и твердого под действием разрежения
или давления, сопровождающийся удалением влаги через пористую перегородку
(обычно фильтровую ткань и частично осадок). На фильтрование обычно подают
шламы, частицы которых имеют размер<1 мм, так как обезвоживать такие
дисперсные системы другими методами нецелесообразно из-за малой скорости
удаления влаги и, как следствие, значительной влажности получаемого
осадка.
Процесс фильтрования зависит от многих факторов, основные из
которых следущие:
• содержание твердого в шламе, крупность твердой фазы,
разность давлений по обе стороны фильтрующей перегородки и др.
настоящее
время разработаны различные технологии комплексной переработки шламов (пылей);
часть из них реализована в промышленном масштабе за рубежом. У нас такие
технологии разрабатываются на уровне исследовательских работ и полупромышленных
испытаний. Промышленного производства металлизованных окатышей из шламов (пыли)
аглодоменного и сталеплавильного производств пока нет; эти материалы
используются лишь как компоненты аглошихты. Разработана технология использования
шламов доменного, мартеновского, конвертерного и частично
электросталеплавильного производств на Челябинском металлургическом комбинате
(ЧМК).
Отделение подготовки к утилизации железосодержащих шламов работает
последующей схеме: шламы из радиальных отстойников после сгущения до 600 г/л
поступают в вакуум-фильтры, а после них (с влажностью 36%) в сушильные барабаны;
затем шламы с влажностью 10% подаются на аглофабрику. Известно, однако, что
использование шламов в качестве компонента аглошихты осложняется нестабильностью
их химического и гранулометрического состава, что требует разработки технологии
рекуперации этих материалов в каждом конкретном случае. Использование в
аглошихте таких тонкодисперсных материалов, как шламы сталеплавильного
производства, приводит к ухудшению газопроницаемости спекаемого слоя и
вследствие этого к снижению производительности агломашины. Кроме того,
увеличивается вынос весьма мелких частиц (размером <10 мкм), которых в шламах
содержится до 30-40%, что значительно снижает эффективность работы газоочистных
установок.
Использование шламов препятствует высокое содержание в них
цинка (в конверторных шламах его < 1%, в остальных 0.4 - 0.6 %), причем при
кругообороте цинка в печи агломерат - доменная печь - шламы доменных газоочисток
его количество в последних возрастает.
Институтом "Уралмеханобр"
совместно с Карагандинским металлургическим комбинатом разработана новая
технология утилизации железосодержащих шламов в аглопроизводстве. По
существующей схеме шламы аглофабрик 1 и 2, подбункерных помещений доменныхпечей
3 и 4, тракта шихтоподачи дробильно-сортировочной фабрики сгущают и обезвоживают
(крупнозернистую фракцию на ленточных, тонкозернистую - на дисковых
вакуум-фильтрах). Обезвоженные продукты объеденяют и подают в шихтовое отделение
аглофабрики 2. По новой технологии шламы после двустадийного сгущения с
содержанием твердого 40-50 % подают в распыленном виде в первичные смесители
аглошихты вместо технической воды. В результате шлам достаточно равномерно
распределяется в объеме аглошихты, а вся шихта увлажняется до необходимого
уровня при значительном сокращении расхода технической воды.
На
Орско-Халиловском металлургическом комбинате была разработана и опробована
технология получения во вращающейся печи окускованного продукта из смеси
доменного и мартеновского шламов. Длина барабана 18 м, угол наклона 2 (диаметр
не приводится). Шлам влажностью 30-70 % подавали в печь с помощью специальной
форсунки, процесс спекания регулировали изменением скорости вращения печи,
интенсивностиподачи шлама и тепловой нагрузки.
Способ переработки пылей и
шламов следует выбирать для каждого металлургического завода в соответствии с
характеристиками образующихся отходов.С точки зрения переработки пыли и шламов
заслуживают особого внимания способы, в которых извлекают цинк, свинец,
соединения щелочных металлов (классификация исходного материала в аппаратах типа
гидроциклонов, получение хлорированных и металлизованных окатышей). Эти способы
широко применяются в Японии, где в конце 60-х - начале 70-х годов большое
внимание было обращено на производство металлизованных окатышей с использованием
в качестве востановителя угля. Как уже указывалось, общим для этих процессов
является использование для востановительного обжига окатышей вращающейся
(трубчатой) печи. Отличаются они в основном технологией подготовки исходных
материалов. В последние годы на таких установках вместе с вращающейся печью
работает устройство типа аглоленты, на которой осуществляются сушка и
предварительный нагрев окатышей теплом дыма, уходящего из трубчатой печи решетка
- трубчатая печь.
Строительство таких установок довольно дорого, поэтому
японской фирмой "Раса" был разработан альтернативный способ переработки пылей и
шламов с большим содержанием цинка и других примесей - процесс Раса-НГП.
Исследования фирмы "Син ниппон" показали, что цинк в доменных шламах
сосредоточиваетсяв основном в наиболее тонкой фракции (около 20 мкм), железо
сравнительно равномерно распределено во всех фракциях, а углерод - в наиболее
крупных. На этой основе была разработана технология отделения наиболее тонкой
фракции (содержащей соединения цинка ) с помощью гидроциклона. Сгущенный шлам
направляется в вакуум-фильтры, затем в тарельчатый окомкователь для получения
миниокатышей (1-5 мм), которые далее поступают на агломашину. Слив гидроциклонов
с содержанием твердого 2% подают в отстойники, откуда через 3 ч шлам с
концентрациейтвердых частиц 9% подается в фильтр-пресс, а осветленная вода
возвращается в первичный отстойник. При содержании цинка на входе в гидроциклон
3-5 % в шламе, подаваемом на окомкование (а в дальнейшем на агломерацию),
содержится цинка всего 1 %, в то время как в сливе гидроциклонов количество его
достигает 8-15 %. Поскольку в сгущенном продукте, а следовательно, и в
миниокатышах содержится довольно много углерода, удельный расход кокса при
агломерации удается снизить до 2 кг/т чугуна, а количество цинка, поступающего в
доменную печь с агломератом, состовляет 0.2 кг/т чугуна.
В процессе
Раса-НГП используется специальный агрегат, с помощью которого с твердых частиц
снимается (обдирается) поверхостный слой, содержащий соединения цинка.
Капитальные и эксплуатационные затраты на строительство установки, работающей по
этому процессу, в 10-15 раз ниже затрат в случае использования, например,
способа СЛ-РН. Проектная производительность одной установки составляет 120 тыс.
т в год (по исходному сырью).