способ пирометаллургической переработки железосодержащих материалов с примесями цветных металлов

Формула изобретения

СПОСОБ ПИРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ С ПРИМЕСЯМИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ преимущественно в печи ПЖВ, включающий загрузку и расплавление перерабатываемых материалов и кальцийсодержащих флюсов в жидкой шлаковой ванне, барботируемой кислородсодержащим газом, подачу кислородсодержащего газа выше уровня барботируемой ванны, загрузку углеродистого восстановителя, раздельный выпуск металла и шлака, отвод газов и улавливание из них пыли и серы, отличающийся тем, что, с целью снижения вредных выбросов серусодержащих веществ в атмосферу, в печь загружают материалы, содержащие соединения натрия или калия, из расчета 0,5 2 кг Na или 1,0 3,5 кг К на 1 кг серы, поступающей с шихтовыми материалами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при переработке железосодержащих материалов с примесями цветных металлов, а также при производстве стали.

Целью изобретения является снижение вредных выбросов серосодержащих веществ в атмосферу.

Это достигается тем, что в известном способе пирометаллургической переработки железосодержащих материалов с примесями цветных металлов, включающем загрузку и расплавление перерабатываемых материалов и кальцийсодержащих флюсов в жидкой шлаковой ванне, барботируемой кислородсодержащим газом, подачу кислородсодержащего газа выше уровня барботируемой ванны, загрузку углеродистого восстановителя, раздельный выпуск металла и шлака, отвод газов и улавливание из них пыли, обогащенной цветными металлами, в шихту добавляют материалы, содержащие натрий (и) или калий из расчета 0,5-2,0 кг Na, 1,0-3,5 кг К на 1 кг серы, поступающей с шихтовыми материалами.

На основании экспериментальных данных, полученных на опытной установке печи процесса жидкофазного восстановления на Новолипецком металлургическом комбинате, установлено, что основная масса серы (85-90%) при плавке руды и шлама удаляется из печи с отходящими газами, при этом доля серы, удаляемой со шлаком, не превышает 8% с металлом 2-7%

Анализ газа, выходящего из барботируемой ванны, показал, что сера в этом газе присутствует в виде SO₂, COS, CS₂, H₂S, CS. После дожигания этих газов в котле-охладителе, сера находится в основном в виде SO₂.

В процессе жидкофазного восстановления из-за отсутствия слоя шихтовых материалов и зоны циркуляции в печи происходит значительный переход щелочных материалов в газовую фазу, в количествах 50-80% от прихода. При этом пары щелочных металлов до температуры 1000^oС находятся в газах в атомарном виде.

Таким образом, с точки зрения удаления летучих материалов, процесс ПЖВ является предпочтительным по сравнению с доменной печью, что позволяет добиваться больших степеней извлечения. При существующих температурах отходящих газов (1400-1600^оС) и степеней дожигания до 0,9 щелочные и другие летучие цветные металлы находятся в газовой фазе и выходят из печи в виде паров.

В качестве эффективного абсорбента могут быть использованы отходы производств, содержащие щелочные металлы: "красный шлам" отход металлургического производства, отходы содовой промышленности, сода, поташ и т.п.

Достоинствами предлагаемых материалов, служащих добавками к шихтовым материалам для связывания серы являются: доступность и дешевизна, возможность очистки газа без предварительного обеспыливания, малая чувствительность сорбента к сопутствующим примесям в очищаемом газе.

Пары щелочных металлов, имеющие высокоразвитую поверхность, реагируют с оксидами серы с образованием сульфита. При высоких температурах сульфит под действием присутствующих в газе кислорода и паров воды окисляется в сульфат.

В котле-охладителе при температурах меньше 1000^оС протекают реакции взаимодействия газообразных натрия или калия с окислами серы по реакциям:

2Na + SO₂ + O₂ Na₂SO₄,

2K + SO₂ + O₂ K₂SO₄.

Сульфаты натрия и калия в виде мелкодисперсной пыли улавливаются затем в газоочистке. В случае газоочистки жидкостного типа они переходят в раствор, при сухой улавливаются в аппаратах тонкой очистки газа. При этом сернистые соединения могут быть утилизированны при переработке тонкой пыли, содержащей цветные металлы.

Использование предложенного способа позволит улучшить экологические показатели за счет снижения выбросов серосодержащих веществ в атмосферу, а также утилизировать отходы, содержащие натрий и калий.

Оптимальное количество соединений натрия или (и) калия, которые загружаются в печь ПЖВ, составляет 0,5-2,0 кг Na; 1,0-3,5 кг К на 1 кг серы, поступающей с шихтовыми материалами.

При соотношении Na/S < 0,5 или К/S < 1 падает степень очистки газов от серосодержащих газов до 85% что недопустимо в условиях осложненной экологической обстановки на металлургических предприятиях. Следует отметить, что нижний предел отношения немного меньше, чем это требуется по стехиометрии, т. к. степень газифицирования серы в ПЖВ составляет 80-85% и в процессе жидкофазного восстановления создаются благоприятные условия для восстановления и возгонки ряда цветных металлов в газовую фазу (Zn, Pb и др.), при этом пары этих металлов интенсивно взаимодействуют с серой, образуя сульфаты и сульфиды, что также приводит к уменьшению доли серосодержащих газов в отходящих газах ПЖВ.

Увеличение соотношения Na/S > 2 и K/S > 3,5 нецелесообразно, поскольку степень очистки отходящих газов от серосодержащих соединений остается практически на одном уровне (95%), однако это сопровождается перерасходом материалов и угля.

П р и м е р. Предложенный способ испытан на ОУ ПЖВ НЛМК. В качестве железосодержащего материала использовали смесь кислородно-конвертерного и доменного производств.

В качестве восстановителя использовали уголь марки ОС. Загрузка шлама составляла 20 т/ч, угля 18 т/ч. В качестве хемосорбента использовали соду и поташ.

Средний химический состав шлама, мас. Fe_общ. 53,7; SiO₂ 4,6; MnO 1,15; S 0,19; P₂O₅ 0,16; СаО 6,95; MgO 1,90; Al₂O₃ 0,53; Zn 1,2; Pb 0,1; Na₂O 0,5; K₂O 0,7.

Средний технический состав угля, мас. А^с 12,4; V^с 13,0; S_общ. 0,4; As_общ. 0,026.

В ходе опытов регулировали расход хемосорбента на каждый кг серы, поступающей с шихтовыми материалами. Концентрация серосодержащих газов определялась по методике ДФ "Энергосталь".

Для дополнительного сравнения предлагаемого способа с существующими (вдувание соединений Na и К непосредственно в газовую фазу) были проведены контрольные вдувания Na₂CO₃ и K₂CO₃ в отходящие газы котла-охладителя. Вдувание осуществлялось в области температур 1200-1300^оС.

Как видно из таблицы (режимы 12-15), вдувание карбонатов Na и К в отходящие газы менее эффективно по сравнению с их подачей в шлаковую ванну (режимы 2, 4, 7 и 9). Это связано с более развитой поверхностью реагирования (Na_газ и К_газ) по условиям предлагаемого способа.

Необходимо отметить, что относительно невысокие степени очистки газов от серосодержащих компонентов (85-95%) объясняются несовершенством газоочистки ОУ ПЖВ, которая не обеспечивает полное улавливание мелкой пыли фракции менее 5 мкм. Использование в агрегатах более совершенных газоочисток (в особенности сухого типа) позволит довести степень очистки газа от соединений серы до 99-99,5%

Результаты анализов опытных плавок приведены в таблице. Из приведенных данных видно, что оптимальный расход хемосорбента соответствует п.п. 2, 3, 4, 7, 8, 9.

Таким образом, применение предлагаемого способа пирометаллургической переработки железосодержащих материалов позволяет существенно снизить выбросы серосодержащих соединений в атмосферу.