способ производства удобрений или мелиорантов из металлургического шлака

Формула изобретения

1. Способ производства удобрений или мелиорантов из металлургического шлака, включающий его дробление, извлечение металлических включений, сортировку по крупности и выделение фракции шлака, соответствующей крупности удобрений или мелиорантов, отличающийся тем, что выделение фракции шлака, соответствующей по крупности удобрениям или мелиорантам, осуществляют путем классификации предварительно отсортированного шлака крупностью 0-5 мм или 0-10 мм в восходящем со скоростью 12-18 м/с потоке воздуха и концентрации шлака в нем 4-10 кг/м³, а в выделенную фракцию шлака вводят добавки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ввод добавок в выделенную фракцию шлака осуществляют на выходе из пневмоклассификатора перед ее осаждением в системе очистки воздуха.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве добавок используют сыпучие органические и неорганические материалы (навоз, торф, птичий помет, известь, суперфосфат, мочевину и др. ).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области сельского хозяйства и касается производства минеральных удобрений или мелиорантов из металлургических шлаков для химической мелиорации и удобрения почв.

Известны способы производства минеральных удобрений и мелиорантов, включающие дробление, извлечение металлических включений, сортировку и измельчение металлургических шлаков [1].

Недостатком этого способа являются высокие энерго- и трудозатраты и, соответственно, себестоимость готового продукта, снижение которых обеспечивают за счет увеличения объемов производства.

Близким по технической сущности к заявляемому объекту является способ производства мелиорантов из металлургических шлаков, включающий охлаждение, распад и пневматическую сепарацию шлаков на воздушно-проходных сепараторах [2].

Недостаток этого способа заключается в том, что он применим только для распадающихся шлаков, степень распада которых превышает 80%. Наличие подвижного хрома, в том числе шестивалентного, резко снижает потребительские свойства мелиоранта из распадающегося шлака низкоуглеродистого феррохрома, который в прототипе является сырьем для получения мелиорантов.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности шлакопереработки, улучшение качества и расширение ассортимента удобрений и мелиорантов на основе металлургических шлаков.

Указанная цель достигается за счет того, что выделение фракции шлака, соответствующей по крупности удобрениям или мелиорантам, осуществляют путем классификации предварительно отсортированного шлака, крупностью 0-5 или 0-10 мм в восходящем со скоростью 12-18 м/с потоке воздуха и концентрации шлака в нем 4-10 кг/м, в выделенную фракцию шлака, соответствующую по крупности удобрениям или мелиорантам, вводят добавки на выходе из пневмоклассификатора перед ее осаждением в системе очистки воздуха, а в качестве добавок используют сыпучие органические и неорганические материалы (навоз, торф, птичий помет, известь, суперфосфат, мочевину и др.).

Осуществление заявляемого способа поясним с помощью схемы цепи аппаратов и технологической схемы, приведенных на чертеже.

Исходный металлургический шлак текущего производства или отвальный после отбора крупных металлических включений загружают с помощью автосамосвала 1 в приемный бункер 2 дробильно-сортировочной установки. Из бункера шлак питателем 3 перегружают на конвейер 4. С помощью железоотделителя 5 металлические включения извлекают из потока шлака. Частично отсепарированный шлак дробят в дробилке 6. Продукты дробления подвергают сортировке по крупности на грохоте 7. Надрешетный продукт отгружают на склад или, как в данной схеме, возвращают в дробилку на додрабливание. Из подрешетного продукта - отсева (класс 0-5 или 0-10 мм) дополнительно извлекают раскрывшиеся в процессе дробления металлические включения, и отсепарированный отсев подают на пневмоклассификацию. В пневмоклассификаторе 8 создают восходящий воздушный поток с помощью технологического вентилятора и материал разделяют на классы по границе 0,5 мм. Шлак крупнее 0,5 мм осаждается в бункере 11 и отгружается потребителю. Выделенный мелкий класс минус 0,5 мм на выходе из пневмоклассификатора смешивается с минеральными или органическими добавками, осаждается в системе очистки воздуха 12 и поступает в упаковочную машину 13.

Последовательность технологических приемов и значения параметров выделения и введения добавок в шлаковые удобрения или мелиоранты обусловлены специфическими свойствами и результатами исследования особенностей переработки металлургических шлаков. Так, например, в цехах переработки шлаков на Нижнетагильском меткомбинате выход отсева крупностью 0-5 или 0-10 мм достигает 50% от массы переработанного шлака. Эти отсевы из-за высокого содержания дисперсных частиц и металлических включений не находят широкого применения и возвращаются в отвал.

Вместе с этим анализ химического состава отсевов показывает, что по содержанию основных оксидов СаО и MgO они соответствуют требованиям технических условий на металлургические шлаки для химической мелиорации и удобрения почв в большей степени, чем кусковой шлак, в котором суммарное содержание СаО и MgO на 2-6% ниже, чем в отсевах. Это связано с процессами распада в шлаках (известковом, силикатном и др. ), при которых в результате химических или полиморфных превращений происходит перестройка кристаллической решетки и образование дисперсных частиц, содержащих основные оксиды [4], а также за счет реализации механизма избирательного дробления, при котором слабые зерна концентрируются в мелких классах шлака. В отсевах также концентрируются и металлические включения, их количество достигает 25% от массы отсевов. Выделить в чистом виде металлические включения из отсевов только при помощи магнитной сепарации и грохочения на ситах практически не удается, а повышенное содержание металла негативно сказывается на агрохимических свойствах удобрений и мелиорантов.

В процессе классификации в восходящем воздушном потоке из исходного шлака отсева крупностью 0-5 или 0-10 мм осуществляется выделение фракции шлака, соответствующей по крупности удобрениям или мелиорантам. Так как сила потока зависит от первой или второй степени диаметра частиц, а сила инерции от третьей, то более мелкие частицы будут больше подвергаться воздействию силы потока, а более крупные - массовой силы. Если массовая сила (М) и сила потока (S), как в нашем случае, действуют в противоположном направлении, то для определенного значения величины частицы, обозначенной как граница разделения, существует равновесие между М и S. Плотность частиц влияет только на силы инерции, а граница разделения при прочих одинаковых условиях расположена тем ниже, чем выше плотность материала, подвергаемого сепарации [5]. Иначе говоря, в крупном продукте пневмоклассификации будут концентрироваться более мелкие, чем граница разделения (0,5 мм), металлические включения, а в мелком продукте содержание плотных (металлических) включений будет сокращено. Агрохимические свойства выделенного продукта за счет снижения содержания металлических включений и соответствующего повышения содержания оксидов кальция и магния будут улучшены. Этот вывод подтвержден результатами сравнения параметров продуктов, полученных по известным [1, 2] и предлагаемому способам.

Результаты сравнения параметров продуктов приведены в табл.1.

Высокое содержание металлических включений в мелиоранте приводит к ухудшению его качества, потере металла и снижению эффективности шлакопереработки.

Выбранный диапазон крупности отсева 0-5 или 0-10 мм для последующей классификации в восходящем потоке воздуха обусловлен двумя основными факторами. С одной стороны, эффективностью грохочения на ситах по границе 5 или 10 мм, разделение шлака на ситах в промышленных условиях по более мелкому, чем 5 мм, классу затруднено, а с другой - условиями пневмоклассификации материала крупнее 10 мм. Частицы крупнее 10 мм в воздушном потоке создают аэродинамические тени, в которые попадают и осаждаются мелкие частицы, соответствующие товарной крупности, и процесс разделения становится неэффективным.

Таким образом, выбранная крупность отсева 0-5 или 0-10 мм и его классификация в восходящем воздушном потоке являются необходимыми условиями для достижения поставленной цели.

Заявляемые режимы классификации: скорость воздушного потока и концентрация выбраны на основании серии экспериментов по отработке оптимального состава исходного материала. Результаты экспериментов приведены в таблицах.

Как видно из табл.2, 3 выбранные режимы классификации, а именно скорость воздушного потока и концентрация в нем отсева, являются необходимыми условиями для обеспечения выделения из отсева продукта, по технической характеристике соответствующего требованиям технических условий на шлаковые удобрения и мелиоранты.

Ввод добавок в шлаковые мелиоранты или удобрения обусловлен повышением требований к их агрохимическим свойствам, так как цены на удобрения и мелиоранты для сельскохозяйственного производства остаются высокими. Полевые опыты по использованию шлаковых удобрений или мелиорантов, обогащенных органическими или неорганическими добавками, существенно на 25-30% повышают урожайность сельскохозяйственных культур [5, 6].

Способ введения добавок в состав шлака влияет на качество шлаковых удобрений или мелиорантов и эффективность их производства. При введении добавок в шлак крупностью 0-5 или 0-10 мм до классификации они смешиваются не только с мелкими, но и с крупными классами шлака. В процессе классификации их не удается выделить в мелкий продукт, и они теряются с крупным классом.

Для ввода добавок после осаждения мелиоранта (удобрения) в системе очистки воздуха потребуются перегрузочные устройства, специальные механизмы и дополнительные энергозатраты. Ввод добавок в выделенную фракцию шлака на выходе из пневмоклассификатора и последующее их совместное осаждение в системе очистки воздуха способствует их лучшему смешиванию, а впоследствии более равномерному распределению и усвоению в почве. Таким образом, предложенный порядок ввода добавок отвечает требованиям повышения эффективности и качества шлаковых удобрений и мелиорантов.

Состав добавок определяется конкретными условиями производства и требованиями рынка: в условиях металлургических заводов наиболее эффективны неорганические добавки в виде отходов извести или шлаков других производств. При наличии подсобных хозяйств возможно применение и органических добавок: навоза, птичьего помета и других.

Предлагаемый способ может быть реализован на любых дробильно-сортировочных установках по переработке металлургических шлаков, если химический состав исходного шлака соответствует требованиям ТУ 14-11-240-88 "Шлак металлургический для химической мелиорации и удобрения почв". Состав и количество добавок определяется технологическим регламентом на комбинированные удобрения и мелиоранты.

Источники информации

1. Использование шлаков черной металлургии. Довгопол В. И. Изд-во "Металлург", 1969, 1-е изд., с. 194-207.

2. Байрамов Б. И., Зайко В.П., Рысс М.А. и др. Переработка шлаков ферросплавного производства. Челябинск: Южно-Уральское кн. изд. 1971, с. 20-24.

3. Барский М. Д., Ревнивцев В.И., Соколкин Ю.В. Гравитационная классификация зернистых материалов. М.: Недра, 1974, с. 8-28.

4. Лейба С.П. О кристаллической стабилизации расплавов распадающихся доменных шлаков. В кн. : Металлургические шлаки и применение их в строительстве. Гос. изд-во литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам. Москва - 1962, с. 134-146.

5. Довгопол В.И. Металлургические шлаки в сельском хозяйстве. М.: Металлургия, 1980, 40 с.

6. Б.А.Ягодин, П.М.Смирнов, А.В.Петербургский и др. Агрохимия / Под ред. Б.А.Ягодина. 2-е изд. М.: Агропромиздат, 1989. - 639 с.