способ переработки цинксодержащих отходов металлургического производства

Формула изобретения

1. Способ переработки цинксодержащих отходов металлургического производства, включающий смешивание отходов с углеродистым восстановителем, высокотемпературную обработку полученной смеси в обжиговой печи, отгонку цинка и улавливание возгонов с получением оксидов цинка, отличающийся тем, что полученную смесь гранулируют с получением гранул размером 4-10 мм и влажностью 11-15 мас.%, высокотемпературную обработку смеси ведут при температуре 910-1100°С в течение 1-2 ч, улавливание возгонов цинка ведут путем отвода 70-80% от общего объема цинксодержащей пылегазовой смеси из реакционной зоны обжиговой печи, а оставшийся объем пылегазовой смеси отводят из холодного конца обжиговой печи.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве углеродистого восстановителя используют отсевы кокса.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что из отведенной из холодного конца печи цинксодержащей пылегазовой смеси выделяют цинкжелезосодержащую пыль и возвращают ее на подшихтовку исходной гранулируемой смеси, а обесцинкованные гранулы - в аглодоменное производство.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к переработке цинксодержащих отходов, а именно шламов и пылей мокрых и сухих газоочисток доменного, мартеновского, конверторного, электросталеплавильного и других производств, и может быть использовано в черной и цветной металлургии.

Известен способ получения товарного цинкового продукта из пыли металлургического производства, преимущественно электросталеплавильного, включающий смешивание и грануляцию исходной цинксодержащей пыли с железосодержащим материалом, высокотемпературное восстановление полученной шихты углеродистым восстановителем, очистку образующегося пылегазового потока с улавливанием при охлаждении паров цинксодержащего продукта, возврат железосодержащих гранул на передел извлечения железа. Очистку запыленных газов осуществляют просасыванием их через слой кускового известняка до содержания в нем цинка 5-25%, после чего известняк измельчают и подают на подшихтовку исходной цинксодержащей пыли в количестве 30-40% от веса пыли, при этом для очистки газов подают новую порцию известняка. Размер гранул составляет 1-3 мм (А.с. СССР №1749282 от 22.03.92 г.).

Недостатком приведенного способа является неполнота извлечения цинка из сырья (до 62%) и загрязнение получаемого цинкового продукта соединениями кальция, а также загрязнение окружающей среды.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ переработки цинксодержащих отходов металлургического производства, включающий смешивание цинксодержащих отходов с углеродистым восстановителем, сгущение, обезвоживание и сушку смеси до содержания влаги в ней 6-10 мас.%, добавление маслоокалиносодержащих отходов прокатного производства в соотношении 0,1-0,5:1 к массе цинксодержащих отходов, добавление к цинксодержащим отходам отходов обжига доломита или отходов производства извести или карбида кальция в соотношении 0,03-0,15:1 к массе цинксодержащих отходов с обработкой полученной смеси продуктами сжигания природного газа или топливной фракции перегонки жидких обезвоженных маслоотходов прокатного производства при температуре 1150-1450°С с температурой отходящих газов 450-700°С (А.с. СССР №1610197 от 06.06.88 г.).

По сравнению с аналогом данный способ позволяет получить товарный цинковый продукт с большей полнотой извлечения цинка (до 65%), а также повысить скорость возгонки цинкового продукта.

Однако не достигнуто полное извлечение цинка из исходного сырья, товарный цинковый продукт загрязнен соединениями кальция и магния. Остается проблема загрязнения окружающей среды.

В основу изобретения поставлена задача создания такого способа переработки цинксодержащих отходов металлургического производства, в котором путем раздельного отвода пылегазовой смеси из разных частей обжиговой печи, а также за счет использования гранул диаметром 4-10 мм, сушки смеси до содержания влаги 11-15 мас.% и высокотемпературной обработки смеси при температуре 910-1100°С в течение 1-2 часов достигается повышенная степень извлечения товарного цинкового продукта с минимальным содержанием примесей, а также снижение вредного воздействия отходов на окружающую среду.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе переработки цинксодержащих отходов металлургического производства, включающем смешение отходов с углеродистым восстановителем, высокотемпературную обработку полученной смеси в обжиговой печи, отгонку цинка и улавливание возгонов с получением оксидов цинка, согласно изобретению полученную смесь гранулируют с получением гранул размером 4-10 мм и влажностью 11-15 мас.%, высокотемпературную обработку смеси ведут при температуре 910-1100°С в течение 1-2 часов, улавливание возгонов цинка ведут путем отвода 70-80% от общего объема цинксодержащей пылегазовой смеси из реакционной зоны обжиговой печи, а оставшийся объем пылегазовой смеси отводят из холодного конца обжиговой печи.

В другой конкретной форме выполнения в качестве углеродистого восстановителя могут быть использованы отсевы кокса.

Из отведенной из холодного конца печи цинксодержащей пылегазовой смеси могут выделять цинкжелезосодержащую пыль и возвращать ее на подшихтовку исходной гранулируемой смеси, а обесцинкованные гранулы - в аглодоменное производство.

Причинно-следственная связь между совокупностью признаков изобретения и достигаемым техническим результатом поясняется следующим образом.

Грануляция шихты при влажности 11-15% по массе позволяет получать гранулы оптимальной прочности и обеспечить оптимальный выход гранул требуемого диаметра 4-10 мм. Осуществление процесса грануляции шихты с влажностью менее 11% по массе приводит к пониженному выходу гранул, процесс ухудшается, из гранулятора выходит в основном сыпучая исходная шихта.

Использование при грануляции шихты с влажностью более 15% приводит к рассыпанию гранул при выходе с тарели гранулятора, поступлению сыпучей шихты на обжиг и значительному загрязнению цинксодержащего продукта пылевидной исходной шихтой.

Использование гранул диаметром более 10 мм при восстановлении в обжиговой печи проводит к резкому падению степени извлечения цинка, так как пары цинка не успевают за время пребывания в реакционной зоне покинуть гранулу, а гранулы диаметром менее 4 мм ухудшают газопроницаемость аглошихты при их возврате в аглодоменное производство.

Учитывая, что при температуре 907°С металлический цинк становится парообразным, а при температуре 1100°С оксид цинка интенсивно восстанавливается, то оптимальная температура в реакционной зоне обжиговой печи задается 910-1100°С, что позволяет осуществлять реакцию восстановления цинка из состава шихты в максимально возможном объеме, а также частично восстановить железо за счет избытка углеродистого восстановителя на единицу массы цинксодержащего компонента шихты.

Причем поддержание в реакционной зоне обжиговой печи температуры ниже 910°С приводит к снижению степени извлечения цинка из гранул, образованию промежуточных соединений цинка, не успевающих покинуть обжигаемые гранулы за время 1-2 часа, что приводит в свою очередь к резкому снижению степени восстановления и возгонки паров цинка и его потерям с бракованным по содержанию цинка гранулами.

Поддержание в реакционной зоне обжиговой печи температуры выше 1100°С вызывает необоснованное увеличение расхода топлива, не приводящее к увеличению степени извлечения цинка из шихты.

Нахождение гранул в реакционной зоне обжиговой печи менее 1 часа приводит к падению степени извлечения цинка, так как с, одной стороны, не успевает завершиться процесс восстановления цинка в гранулах, а, с другой стороны, пары цинка не успевают покинуть гранулу за это время. Нахождение гранул в реакционной зоне обжиговой печи более 2 часов не приводит к росту степени извлечения цинка, а лишь вызывает снижение удельной производительности печи и повышенный расход энергоносителей.

Отводимая из реакционной зоны печи часть цинксодержащей пылегазовой смеси в количестве 70-80% газового объема содержит в основном пылевидные частицы оксида цинка, незначительно загрязненные частицами шихты, поступающими в атмосферу печи из истирающихся в процессе движения гранул, что обеспечивает более полное, до 70%, извлечение цинксодержащего продукта.

При отводе из реакционной зоны менее 70% цинксодержащей пылегазовой смеси происходит соответствующее снижение степени извлечения товарного цинкового продукта. Отвод из реакционной зоны более 80% цинксодержащей пылегазовой смеси приводит к нарушению газового режима работы обжиговой печи и ее теплового баланса.

Отводимая из холодного конца печи остальная часть пылегазовой смеси в количестве 20-30% от общего объема содержит в основном железосодержащие твердые частицы исходной шихты с пониженным содержанием оксида цинка, образующиеся при механическом истирании еще не обоженных гранул в обжиговой печи.

Раздельный отвод пылегазовой смеси позволяет получить отбираемый из реакционной зоны высокосортный цинковый товарный продукт, не загрязненный шихтовой пылью, а также использовать обедненную цинком пыль, отводимую из холодного конца печи, которую возвращают на подшихтовку исходной гранулируемой смеси для вторичного использования, а обесцинкованные гранулы - в аглодоменное производство, в результате чего происходит значительное снижение вредного воздействия на окружающую среду.

Способ переработки цинксодержащих отходов металлургического производства осуществляется следующим образом.

Цинксодержащие шламы или их смесь с пылями высушивают во вращающейся противоточной барабанной сушилке при температуре 200-400°С в течение 1 часа до содержания влаги в ней 11-15 мас.% с использованием в качестве топлива природного газа или мазута, или их смеси.

Высушенную смесь смешивают с углеродистым восстановителем (отсевами кокса или маслоокалиносодержащими отходами прокатного производства) при массовом соотношении компонентов 1:0,1-0,3 соответственно в горизонтальном двухвальном смесителе и направляют на грануляцию в тарельчатый гранулятор, скорость вращения которого устанавливается в пределах от 1 до 5 1/мин, угол наклона тарели - 20-40° к горизонту, установка съемного ножа производится в нижнем секторе тарели.

Полученные гранулы диаметром 4-10 мм направляют в противоточную обжиговую барабанную вращающуюся печь на высокотемпературную обработку для отгонки цинка и улавливания возгонов цинка. Высокотемпературную обработку производят при температуре в реакционной зоне печи 910-1100°С в течение 1-2 часов. При этом в качестве топлива используют природный газ.

Цинксодержащую пылегазовую смесь отводят из реакционной зоны обжиговой печи в количестве 70-80% от общего объема цинксодержащей пылегазовой смеси, пропускают через котел-утилизатор тепла, отгоняют цинк и улавливают возгоны цинка с получением товарного цинкового продукта.

Оставшийся объем пылегазовой смеси (20-30%) отводят из холодного конца обжиговой печи, направляют на улавливание обедненной цинком пыли, затем направляют ее на подшихтовку исходной гранулируемой смеси для вторичного использования.

Обесцинкованные гранулы с содержанием цинка до 0,075% направляют в аглодоменное производство.

Полученный цинковый продукт с содержанием цинка до 75% направляют потребителю.

Пример 1.

В качестве исходного цинксодержащего сырья использовали пыль сухой с основным химическим составом, мас.%: Fe₂О₃ - 56,1; Zn - 0,9; MnO - 3,8; CaO - 2.2; Al₂O ₃ - 4,4; SiO₂ - 6,9; MgO - 1,1; Na ₃O, K₂O - 0,2; Pb - 0,4. Фазовый состав: Mn₃ZnC; ZnO·2SiO₂; ZnFe₂ O₄; ZnFe₂O₃; ZnPb₂ О₃; Fe₂О₄. Фракционный состав - д 100-300 мкм.

В качестве углеродистого восстановителя использовали пылеподобные отсевы кокса с химическим составом, мас.%: С - 85,2; S - 1,9; зола - 12,8. Фракционный состав - 100-300 мкм.

Составлена шихта с массовым соотношением цинксодержащая пыль: отсевы кокса =1:0,1 соответственно, с влажностью 10% мас. В результате грануляции отобраны гранулы диаметром 4-10 мм. Сушка гранул в данном случае не требовалась. Гранулы подавали в обжиговую вельц-печь с температурой в реакционной зоне 910°С. Продолжительность обжига - 1 час. После обжига и охлаждения гранулы проанализированы на содержание цинка и трехвалентного железа. Содержание этих компонентов составило 0,08 и 57 мас.% соответственно.

Пылегазовую смесь из печи отбирали двумя потоками - из реакционной зоны печи - 78% объема, а с холодного конца печи - 22% объема. Отводимые пылегазовые потоки поступали на фильтрацию с отбором твердой фазы цинксодержащего пылеподобного товарного продукта и цинксодержащей пыли. Уловленный товарный цинковый продукт содержал 72% цинка. Цинкжелезосодержащую пыль с содержанием оксида цинка 26,7% вернули на подшихтовку исходной шихты, подлежащей грануляции.

Результаты экспериментов при использовании различных компонентов шихты и технологических режимов приведены в таблице 1.

Пример 2.

Использован цинксодержащий шлам мокрых газоочисток Мариупольского металлургического комбината им. Ильича с химическим составом, мас.%: Zn - 1,5; Fe₂О₃ - 58,5; в качестве углеродистого восстановителя использованы пылеподобные отсевы кокса аналогично примеру 1.

Соотношение компонентов шихты по массе - цинксодержащий шлам: углеродистый восстановитель =1:0,2 соответственно.

После грануляции щихты с влажностью 12 мас.% для восстановительного обжига в вельц-печи использовали гранулы диаметром 4-10 мм.

Режимы обжига: температура в реакционной зоне обжиговой вельц-печи 950°С, продолжительность нахождения гранул в реакционной зоне печи - 1,5 часа.

Эффективность процесса оценивали по качеству получаемого товарного цинкового продукта (содержание ZnO) и степени извлечения цинка из исходной шихты (остаточное содержание Zn в обесцинкованных гранулах).

В результате химического анализа полученного товарного цинкового продукта, уловленного из пылегазовой смеси, которая удаляется из реакционной зрны вельц-печи, установлено, что концентрат содержал 72,8% ZnO, содержание пыли оксида цинка, отобранной с холодного конца вельц-печи - 27,0%.

Обесцинкованные гранулы после вельц-печи содержали 0,08% Zn и 59,3% Fe.

Объем отводимой пылегазовой смеси из реакционной зоны - 80% от общего объема.

Пример 3.

Использовали смесь исходных цинксодержащих сырьевых материалов - шлам газоочисток мартеновского цеха металлургического комбината ОАО "Северсталь" с содержанием Zn - 1,9%, пыль газоочисток доменного цеха с содержанием Zn - 0,9% при массовом соотношении компонентов 50:50%. Содержание железа в обоих компонентах составило примерно 57,8 мас%.

Смесь цинксодержащих компонентов с углеродистым восстановителем - маслоотходами прокатного производства готовили при соотношении компонентов 1:0,28 мас.%.

Гранулы с влажностью 14 мас.% отбирали с диаметром 4-10 мм.

Режим обжига: в вельц-печи температура 1050°С, продолжительность нахождения гранул в реакционной зоне печи - 2 часа.

Содержание ZnO в полученном товарном цинковом продукте - 73,1% по массе, содержание цинка в обесцинкованых гранулах - 0,085 мас.%, железа - 58,5%, содержание оксида цинка в пыле, отведенной из холодного конца вельц-печи - 26,0%.

Объем пылегазовой смеси, которая отводится из реакционной зоны - 75% от общего объема.

Объем пылегазовой смеси, которая отводится из реакционной зоны, по номерам эксперементов (% общего объема): 1-78; 2-80; 3-75; 4-70; 5-77; 6-79; 8-81; 9-85; 11-76; 13-77; 14-80; 16-79.

В эксперементах 8, 9, 14 из-за повышенного объема пылегазовой смеси, которая отбирается из реакционной зоны, возникает нарушение газового баланса печи.

Гранулы диаметром 1-3 мм не пригодны для возвращения в аглодоменное производство.

Таблица 1
	Металлосодержащий компонент	Состав шихты, частицы			Влажность шихты при гранулировании, мас.%	Диаметр обжигаемых гранул, мм	Реакционная зона вельц-печи		Содержание, %
	Содержание, мас.%	Компоненты					Температура, Т°С	Время пребывания гранул (час)	ZnO в концентрате	Zn в гранулах
	Zn	Fe общ	Цинксодержащий	Восстановитель
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1. Пыль конверторная	0,9	56,1	1	0,1	11	4-10	910	1	72,0	0,08
2. Шлам мартеновский	1,5	58,5	1	0,2	12	4-10	950	1,5	72,8	0,08
3. Шлам мартеновский и пыль доменная (50:50%)	1,9+0,9	57,8	1	0,28	14	4-10	1050	2	73,1	0,085
4. Пыль электросталеплавильная	9,9	59,1	1	0,3	15	4-10	1100	1.8	75,0	0,075
5. Пыль мартеновская	2,1	56,2	1	0,25	14	4-10	990	1,8	72,0	0,08
6. Пыль конверторная	2,8	58,8	1	0,3	15	4-10	1090	2	72.5	0,085
7. Пыль конверторная 50% и шлам мартеновский 50%	2,1	59,1	1	0,4	16	Гранулы разрушаются
8. То же	2,1	59,1	1	0,1	15	11-15	1150	1,5	60,0	0,12
9. То же	2,1	59,1	1	0,08	15	11-15	1050	0,9	41,1	0,17
10. Пыль мартеновская	3,7	58,6	1	0,3	9,5	Гранулы разрушаются	-	-	-	-
11. То же	3,7	58,6	1	0,27	10,5	1,3	1100	1	61,7	0,08
12. Шлам маретеновский	5,1	59,0	1	0,35	12	Гранулы разрушаются	-	-	-	-
13. То же	5,1	59,0	1	0,3	14	4-10	1200	2.5	60,0	0,095
14. Шлам доменный	1,9	58,5	1	0,15	12	4-10	1100	2,0	37,9	0,21
15. Пыль электростатическая	4,1	60,2	1	0,1	14	4-10	890	2,0	40,9	0,32
16. То же	4,1	60,2	1	0,1	15	1-3	950	1,5	71,3	0,08