способ непрерывной переработки железоцинксодержащих пылей и шламов

Формула изобретения

1. Способ непрерывной переработки железоцинксодержащих пылей и шламов, включающий восстановительный обжиг в присутствии восстановителя во вращающейся трубчатой печи без доступа воздуха при регулируемом температурном режиме с получением металлизированного железосодержащего продукта и цинкового продукта, отличающийся тем, что смесь исходного материала и восстановителя предварительно обрабатывают до содержания влаги не более 0,05%, после чего подают в упомянутую печь, восстановительный обжиг в которой осуществляют за счет бесконтактного нагрева установленным в печи теплообменником путем подачи в него продуктов сгорания топлива, и получают цинковый конденсат, который улавливают и охлаждают с получением цинкового продукта в виде металлического цинка.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительную обработку ведут при температуре не менее 400°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано для переработки железоцинксодержащих материалов, являющихся отходами производств, например, пылей и шламов газоочисток мартеновских и доменных печей, а также конвертеров.

Известен способ и установка для удаления цинка из материалов, содержащих оксиды железа (заявка Японии №61-12979 С 22 В 19/06, С 21 В 13/02, F 27 В 1/08, 5/00, опубликована 86.04.11 №3-325). По данному способу окускованный железосодержащий материал с минимальной крупностью 5 мм, содержащий окислы цинка, загружают в смеси с восстановителем в вертикальную муфельную печь. Технологический режим обжига выбирается таким образом, что восстановление Fe ₂О₃ и Fe₃O₄ проводится до FeO при температурах 650-900°С. Образующиеся в результате пары цинка удаляются вместе с газом. Недостатками данного способа являются: необходимость окускования железоцинковых материалов, неэффективность прогрева шихты, восстановление высших окислов железа только до FeO, не производится улавливание оксидов цинка.

По авторскому свидетельству (а.с. СССР №789619 С 22 В 7/02, опубликованному в БИ №47 за 1980 г.) предложен способ переработки цинксодержащих пылей доменного и сталеплавильного производств путем подачи окускованного материала (из пылей и шламов изготавливают брикеты) на поверхность железоуглеродистого расплава или вдувания пыли с помощью несущего газа в массу расплава. Пыль или брикет расплавляются за счет тепла большой массы железоуглеродистого расплава, на поверхности которого происходит процесс восстановления окислов железа и цинка. В период восстановления железоуглеродистый расплав продувают газом, например воздухом или азотом, в течение 1-5 минут для удаления сернистого газа и паров металлического цинка. Недостатки указанного способа: необходимость сочетать предложенную технологию с действующим производством - конвертером, что организационно трудно осуществимо; при вдувании пыли требуется дополнительная установка, а при работе с брикетом - брикетный пресс, дополнительный продув расплава приводит к значительному выгоранию растворенного углерода и окислению железа.

Известен способ промышленной дестилляции (восстановления) цинка из концентратов, содержащих 50-55% и более Zn (Ф.М.Лоскутов. Металлургия тяжелых цветных металлов. Часть II. Свинец и цинк. ГНТИ литературы по черной и цветной металлургии, М., 1951, стр.266-288). Цинксодержащий концентрат, предварительно прошедший термический обжиг, в смеси с топливом-восстановителем, в качестве которого используются уголь, металлургический коксик, загружается в неподвижную реторту, которая обогревается извне. Технологическая температура нагрева шихты составляет 1000°С и выше. В результате восстановления пары цинка поступают в конденсатор, в котором осаждаются в виде жидкого металла, а несконденсированная часть цинковых паров улавливается в алонже в виде цинковой пыли. Недостатки указанного способа: низкая производительность из-за несовершенства технологического процесса, а именно неудовлетворительного тепло-массообмена неподвижного слоя шихты в реторте, большой расход топлива и объем ручных работ.

Наиболее близким по технической сущности является способ переработки доменного и сталеплавильного шлама, включающий восстановительный обжиг, осуществляемый с добавкой твердого восстановителя при температуре в интервале 950-1100°С, во вращающейся печи с получением железосодержащего продукта и цинкового продукта, который затем улавливают (патент США 4213778, кл. С 21 В 3/04, опубл. 22.07.1980).

Недостатками прототипа являются следующие:

- термической обработке подвергаются цинксодержащие отходы с содержанием влаги 35-55%, что не позволяет получить цинковый продукт в виде металлического цинка из-за окисления паров цинка водяным паром;

- процесс термообработки отходов во вращающейся печи осуществляется в окислительной атмосфере таким образом, чтобы частично восстановленные оксиды железа сохранялись в обработанном материале благодаря присутствию в нем углерода, а испаряющийся цинк превращался в оксид цинка и удалялся из печи противотоком газа, что не позволяет получить цинковый продукт в виде металлического цинка из-за окисления паров цинка кислородом дутья и диоксидом углерода, образующимся при окислении углерода;

- тепло, необходимое для осуществления процессов восстановления оксидов железа и цинка, а также испарения металлического цинка, получается в рабочем пространстве вращающейся печи при окислении углерода, паров цинка и дополнительно при сжигании топлива за счет подачи воздушного дутья, что не позволяет получить цинковый продукт в виде металлического цинка из-за окисления паров цинка кислородом дутья, парами воды и диоксидом углерода, образующимся при сжигании топлива с избытком воздуха;

- количество кокса, вводимого в шихту обжига в качестве углеродистого восстановителя, составляет 10-15%, которое вместе с углеродом отходов в 1,5-2 раза превышает стехиометрически необходимое для частичного восстановления оксидов железа и цинка, что приводит к повышенному расходу восстановителя и необходимости проведения сепарации железосодержащего продукта.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение цинкового продукта в виде металлического цинка и снижение расхода восстановителя.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе непрерывной переработки железоцинксодержащих пылей и шламов, включающем восстановительный обжиг в присутствии восстановителя во вращающейся трубчатой печи без доступа воздуха при регулируемом температурном режиме с получением металлизированного железосодержащего продукта и цинкового продукта, согласно изобретению смесь исходного материла и восстановителя предварительно обрабатывают до содержания влаги не более 0,05%, после чего подают в упомянутую печь, восстановительный обжиг в которой осуществляют за счет бесконтактного нагрева установленным в печи теплообменником путем подачи в него продуктов сгорания топлива, и получают цинковый конденсат, который улавливают и охлаждают с получением цинкового продукта в виде металлического цинка. При этом предварительную обработку ведут при температуре не менее 400°С.

Реализация способа в предлагаемом изобретении обеспечивается следующим образом: железоцинксодержащие материалы - пыли и шламы газоочисток металлургических производств в смеси с определенным количеством восстановителя (угля или металлического коксика) в случае получения металлического цинка проходят операцию сушки, например, в сушильном барабане. Исходные материалы перед обжигом и восстановлением не должны содержать влагу во избежание окисления паров цинка. Высушенный материал с помощью шнекового питателя загружается во вращающуюся печь, имеющую регулируемую скорость вращения и угол наклона. Топочные газы с соответствующей температурой проходят через теплообменник, вмонтированный внутри печи. Температура материала в печи поддерживается в пределах 950-1100°С. Материал, попадая в печь, перемещается при ее вращении, что способствует более совершенному теплообмену и ускорению процессов восстановления оксидов цинка и железа по сравнению с прототипом. Образующиеся пары цинка через отводящий паропровод попадают в конденсатор, охлаждаются и стекают в резервуар накопителя. Что касается оксидов железа, то они при данных температурах восстанавливаются и в итоге получается металлизованный железосодержащий продукт, который выгружается в приемный бункер, где охлаждается без доступа воздуха. Далее этот материал подвергается магнитной сепарации и получаемый металлизованный концентрат может быть использован непосредственно, либо после брикетирования как товарный продукт для последующего передела.

Продукты сгорания из теплообменника через газоход поступают в котел-утилизатор либо на сушку исходного материала.

В лабораторных условиях были проведены опыты по обжигу мартеновской пыли Нижне-Тагильского металлургического комбината следующего химического состава, %: Fe_общ - 46,88; FeO - 0,26; Fe₂O₃ - 66,68; ZnO - 3,25. Навеска шихты (смесь пыли и коксика) загружалась в алундовый контейнер, который через керамическую пробку соединялся с конденсатором. Во время обжига контейнер вместе с конденсатором через определенный промежуток времени поворачивали. Расчет степени металлизации и удаления цинка проводили по данным химического анализа. Результаты опытов приведены в таблице.

Приведенная последовательность операций в предлагаемом способе: непрерывный процесс с регулируемой скоростью перемещения материала, бесконтактный нагрев его с газами, регулируемый температурный режим позволяет получать из железоцинксодержащих материалов - пылей и шламов металлургических производств - металлический цинк, а в случае необходимости и окись цинка, а также металлизованный железосодержащий продукт, что позволяет повторно их использовать. Основные показатели процесса - практически полное удаление оксидов цинка (степень удаления составляет более 98%). Предлагаемый способ экологически чистый, тепло практически полностью используется, технологически более простой по сравнению с прототипом.

Таблица Влияние температуры и времени выдержки на степень металлизации и удаления цинка
№ опыта	Температура обжига, °С	Время обжига, ч	Степень металлизации, %	Степень удаления цинка, %
1	950	0,5	38,7	39,6
2	950	1,0	50,8	49,9
3	1050	0,5	65,5	69,5
4	1050	2,0	89,3	93,4
5	1100	1,5	94,7	96,0
6	1100	2,0	96,7	98,9