способ обработки пылевидных материалов или их смесей

Формула изобретения

1. Способ обработки пылевидных веществ или их смесей, содержащих соединения тяжелых металлов, включающий подачу пылевидных веществ или их смесей на или в ванну жидкого металла с выделением летучих соединений тяжелых металлов в газовую фазу, отличающийся тем, что перед подачей пылевидных веществ или их смесей, содержащих дополнительно соединения щелочных металлов, формируют жидкие оксидные шлаки, основность которых устанавливают на уровне 1-1,4, пневмотранспортируют и вдувают в струе газа-носителя пылевидные вещества или их смеси на или в ванну жидкого металла и жидких оксидных шлаков или под поверхность шлака, при этом после перехода летучих соединений тяжелых металлов в газовую фазу их выделяют из газовой фазы, а соединения щелочных металлов переводят в оксидные шлаки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соединениями тяжелых металлов являются оксиды цинка и/или свинца.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что пылевидными веществами является пылевидные вещества из сталеплавильных или доменных производств или рудная мелочь.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для вдувания пылевидных веществ или их смесей применяют горячее дутье.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что обрабатываемые пылевидные вещества перемешивают с добавками, например, углем, песком и/или бокситом.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что пылевидные вещества смешивают с веществами, содержащими органические составляющие.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что в качестве ванны жидкого металла применяют ванну из доменного чугуна.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что весовое соотношение жидкого доменного чугуна и жидких оксидных шлаков составляет 1:3-1:6, преимущественно 1:4.

9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что ванна жидкого металла и жидких оксидных шлаков организована в конвертере, причем пылевидные вещества или их смеси вдувают в него через донные сопла.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу обработки различных видов пыли или их смесей, которые содержат соединения щелочных и тяжелых металлов, например, различных пылевидных материалов сталелитейных заводов, рудной мелочи или пылевидных материалов доменного производства, пылевидных материалов из установок обжига, прокатных станов, мусоросжигательных установок, а также остатков и золы из установок сжигания и закалочных производств.

В ходе доменных и сталелитейных процессов, как правило, выпадает большое количество пыли, переработка которой связана с рядом проблем. Поскольку в зависимости от происхождения такой пыли она содержит, как правило, значительные количества тяжелых металлов, концентрация которых, как правило, слишком мала для прямой экономичной обработки. В особенности пыль на фильтрах сталеплавильных цехов может содержать свыше 10% оксида цинка и оксида свинца.

В ходе обработки оксидных шлаков был уже предложен ряд способов, посредством которых не только устанавливают основность данных шлаков с точки зрения возможного применения соответственно в качестве помола в цементной промышленности, но также одновременно осуществляют очистку и удаление излишнего количества нежелательных компонентов, которые могут частично переходить в металлическую форму в жидкометаллической ванне и снова выпадать частично в виде вторичной пыли или могут снова извлекаться из газовой фазы. В способах подобного рода, в которых оксидные шлаки в зависимости от их состава должны быть оптимизированы для последующей возможности их применения в технологии получения цемента, вводят или вдувают, целый ряд добавок или корректирующих веществ, причем с помощью таких способов удается надежно удалять вредные вещества и в особенности органические балластные вещества.

Из SU 789619 известен способ обработки пылевидных материалов, содержащих оксид цинка с целью получения жидкого железа, в котором пылевидные материалы вводят в контакт с железоуглеродистым расплавом путем вдувания или загрузки на поверхность, причем соединения цинка переходят в газовую фазу. Однако в данном способе не предусмотрено получение шлака, пригодного для применения в технологии получения цемента, поэтому данное решение отличается от заявленного.

Также известен документ WO 9916917 A1, в котором описан способ выделения из отходов и побочных продуктов металлургического производства тяжелых цветных металлов, в том числе цинка, кадмия и свинца. Известный способ включает подачу отходов металлургического производства, в том числе пыли, или обезвоженных шламов, содержащих соединения тяжелых цветных металлов, в или на ванну из жидкого металла, причем летучие соединения тяжелых металлов выделяются в газовую фазу и затем осаждаются из нее, образуя продукт с повышенной концентрацией соединений тяжелых цветных металлов, который является сырьем для экономически выгодой переработки.

Задачей изобретения является создание способа экономичной обработки пылевидных веществ или их смесей вышеназванного типа и одновременно обеспечение возможности обработки шлаков таким образом, чтобы облегчить их применение в технологии производства цемента. Для решения данной задачи способ, предложенный согласно изобретению, заключается в основном в том, что пылевидные вещества подают на или в ванну из жидких металлов и жидких оксидных шлаков, в особенности вдувают на поверхность или в ванну, причем летучие соединения тяжелых металлов, например, оксиды Zn или Рb, выделяются в газовую фазу и затем осаждаются из нее, а соединения щелочных металлов переводят в оксидные шлаки. За счет того, что подобные пылевидные вещества или пыль с фильтров вносят на или в жидкометаллическую ванну и здесь, в первую очередь, из жидкого доменного чугуна и жидких оксидных шлаков, удается с чрезвычайно высокой селективностью произвести разделение фаз, причем в особенности соединения щелочных металлов, содержащиеся в исходных пылевидных веществах остаются, преимущественно, в шлаках, а тяжелые металлы типа цинка и свинца в основном в концентрированной форме можно снова обнаружить во вторичных пылевидных веществах, причем одновременно общее количество внесенной пыли в основном и особенно полно может восстанавливаться до количества, составляющего ниже половины исходного количества. Наряду с существенным эффектом уменьшения количества пыли при этом удается в рамках предлагаемого в изобретении способа вызвать образование вторичных пылевидных веществ, экономичное повторное применение которых вследствие наличия повышенной концентрации отдельных компонентов (регенерация которых кажется целеобразной) существенно облегчено, при этом одновременное обогащение оксидных шлаков соединениями щелочных металлов придает соответствующему продукту улучшенные свойства в связи с возможным дальнейшим применением в технологии производства цемента.

В рамках предложенного способа является предпочтительным, чтобы основность жидких шлаков перед внесением пыли находилась на уровне, например, 1-1,4. Оксидные жидкие шлаки с такой основностью, которые плавают на поверхности ванны из доменного чугуна, отличаются особенно высокой селективностью в отношении желаемого отделения соединений щелочных металлов при одновременной пониженной тенденции к захвату тяжелых металлов. Одновременно в рамках такого способа удается снизить содержание оксида железа во введенных пылевидных веществах или пылевидных веществах с фильтров, в результате чего удается регенерировать жидкое железо из подобных пылевидных веществ в качестве побочного эффекта, который повышает экономичность способа. Кроме того, обеспечивается значительное уменьшение общего количества пыли, а также регенерация железа из оксида железа, при одновременном обогащении содержания тяжелых металлов во вторичной пыли, за счет чего создаются особенно благоприятные предпосылки для экономичной регенерации отдельных компонентов вторичных пылевидных веществ.

Особенно благоприятным является введение пылевидных веществ пневмотранспортировкой, преимущество которой состоит в том, что пылевидные вещества пневматически подаются на поверхность металла или шлака или под нее и вдуваются с помощью газов-носителей, в особенности горячим дутьем.

Подобная пневмотранспортировка позволяет при введении пылевидных веществ одновременно производить однородное перемешивание с добавками, которые в результате, во-первых, облегчают пневмотранспортировку, а во-вторых, одновременно позволяют вводить желаемые компоненты в оксидные шлаки. В особенности наиболее предпочтительным является смешивание обрабатываемых пылевидных веществ с такими добавками, как, например, уголь, песок и/или боксит, за счет чего, например, при введении угля, наряду с улучшением способности к пневмотранспортировке, одновременно также регулируется восстановительный потенциал для обеспечения непрерывного выделения металлического железа из оксидов железа, содержащихся в пылевидных веществах. Добавление песка и боксита позволяет равным образом улучшить способность к пневмотранспортировке. При этом подобные добавки одновременно могут служить для корректировки желательной целевой основности оксидных шлаков и для установления в данном случае желательного повышенного содержания оксида алюминия в шлаках.

В рамках предложенного в изобретении способа удается также одновременно надежно обработать ряд других проблемных веществ, таких как, в особенности, органические загрязнители и в особенности суспензии и шламы. При этом подобные добавки одновременно применяют для улучшения пневмотранспортировки пылевидных веществ путем предотвращения образования агломератов. При введении подобных, смешанных с органическими загрязнителями веществ удается полностью сжигать органические компоненты, причем одновременно может быть предоставлен дальнейший восстановительный потенциал для восстановления оксидов железа из пылевидных веществ.

Целесообразным является в рамках предложенного способа применение в качестве жидкометаллической ванны ванны из доменного чугуна. При этом в особенно преимущественном осуществлении способа ванна содержит жидкие шлаки и жидкий доменный чугун в весовом соотношении 1:3-1:6, предпочтительно 1:4.

Особенно простым образом подачу пылевидных веществ и их смесей производят таким образом, чтобы они вдувались в конвертор через донные сопла. После реакции, которая в особенности происходит на границе раздела фаз между шлаками и жидкометаллической ванной, выпадает вторичная пыль в количестве, которое значительно меньше, чем треть исходного количества, а именно ниже 10% исходного количества.

Ниже изобретение поясняется более подробно на примере его осуществления. В конверторе в ванну из 10 т жидкого доменного чугуна загружали 2 т шлака со следующим составом (табл.1):

Данные шлаки отличаются основностью, пригодной для последующего использования в цементной промышленности и содержат, как правило, только малое количество соединений щелочных металлов. Для определенных свойств цемента и, в особенности, для прочностных свойств, как, например, прочности при быстром твердении, полученных с подобными шлаками в качестве помола (строительных) растворов или бетонных смесей, было бы вполне желательным повышенное содержание соединений щелочных металлов.

Через донные сопла именно в подобную ванну вдували 1 т сталелитейного пылевидного вещества с нижеуказанным составом (табл.2):

Пыль с фильтров сталеплавильных цехов содержала при этом заметные количества соединений щелочных металлов и тяжелых металлов. При проникновении в ванну происходило разделение фаз, причем соединения щелочных металлов, содержащиеся в исходном пылевидном веществе, с высокой селективностью связывались в шлаке, а тяжелые металлы - цинк и свинец - снова можно было обнаружить в виде соответствующих оксидов в концентрированной форме во вторичном пылевидном веществе. Состав шлака устанавливали после обработки пылевидных веществ с фильтров сталеплавильных цехов с помощью следующего контрольного анализа (табл.3):

В количестве около 264 кг было получено вторичное пылевидное вещество с нижеприведенным составом (табл.4):

Из сравнения состава введенного пылевидного вещества из сталеплавильного цеха с составом вторичного пылевидного вещества с фильтра и сравнения составов шлаков следует, что К₂ О мог быть обнаружен во вторичном пылевидном веществе с фильтра в количестве до примерно 3,2 мас.%, из которых 96,8% содержания K₂O введенного пылевидного вещества могло быть обнаружено в шлаке, полученном в виде продукта. Аналогичным остается распределение исходного содержания Na₂O, причем 4,5 мас.% исходной части, было обнаружено во вторичном пылевидном веществе с фильтра и 95,5 мас.% - в шлаке, полученном в виде продукта.

Наоборот обстоит дело с содержаниями оксидов цинка и свинца, которые снова могли быть обнаружены во вторичном пылевидном веществе с фильтра в количестве до 99,7 или 99,9 мас.%. Благодаря общему снижению количества вторичного пылевидного вещества с фильтра по отношению к введенному количеству пылевидного вещества из сталеплавильного цеха, вторичное пылевидное вещество с фильтра содержит теперь долю тяжелых металлов, которая говорит об экономической целесообразности обработки. Исключительно около 0,3 или 0,1 мас.% содержания оксида цинка или оксида свинца введенного пылевидного вещества из сталеплавильного цеха можно было установить в шлаке, получаемом в виде продукта.