Реферат: Отходы металлургии и их переработка

КЛАССИФИКАЦИЯ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ ЧЕНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ, ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ Классификация отходов производства возможна по различным признакам, среди которых основными можно считать следующие: а)по отраслям промышленности - черная и цветная металлургия, рудо - и угледобывающая промышленность, нефтяная и газовая и т. д. ; б)по фазовому составу - твердые (пыли, шламы, шлаки), жидкие(растворы, эмульсии, суспензии), газообразные (оксиды углерода, азота, соединение серы и др. ); в)по производственнным циклам - при добыче сырья (вскрышные и овальные породы), при обогащении (хвосты, шламы, сливы), в пирометаллургии (шлаки, шламы, пыли, газы), в гидрометаллургии (растворы, осадки, газы). На металлургическом комбинате с замкнутым циклом (чугун - сталь - прокат) твердые отходы могут быть двух видов - пыли и шлаки. Довольно часто применяется мокрая газоочистка, тогда вместо пыли отходом является шлам. Наиболее ценными для черной металлургии являются железосодержащие отходы (пыль, шлам, окалина), в то время как шлаки в основном используются в других отраслях промышленности. При работе основных металлургических агрегатов образуется большее количество тонкодисперсной пыли, состоящей из оксидов различных элементов. Последняя улавливается газоочистными сооружениями и затем либо подается в шламонакопитель, либо направляется на последующую переработку (в основном как компонент аглошихты). Шламы можно разделить на: 1)шламы агломерационных фабрик; 2)шламы доменного производства: а)газоочисток доменных печей; б)подбункерных помещений доменных печей; 3)шламы газоочисток мартеновских печей; 4)шламы газоочисток конвертеров; 5)шламы газоочисток электросталеплавильных печей. По содержанию железа их подразделяют следующим образом: а)богатые (55 - 67%) - пыль и шлам газоочисток мартеновских печей и конвертеров; б)относительно богатые (40 - 55%) - шламы и пыли аглодоменного производства; в)бедные (30 - 40%) - шлам и пыль газоочисток электросталеплавильного производства. Основными характеристиками шламов являются химический и гранулометрический состав, однако при подготовке шламов к утилизации необходимо знать параметры, как плотность, влажность, удельный выход и др. Следует отметить, что пыли (шламы) металлургических предприятий по химическому (и отчасти по гранулометрическому) составу отличаются друг от друга, поэтому эти характеристики представлены далее в усредненном виде. Шламы пылеулавливающих устройств доменной печи образуются при очистке газов, выходящих из нее, обычно в скрубберах или трубах Вентури. Перед ними устанавливаются радиальные или тангенциальные сухие пылеуловители, в которых улавливается наиболее крупная, так называемая колошниковая, пыль, которая возвращается в аглопроизводство как компонент шихты. Химический состав шламов по основным компонентам, %: Feобщ 30 - 50; CaO 5. 0 - 8. 5; SiO2 6. 0 - 12; Al2O3 1. 2 - 3. 0; MgO 1. 5 - 2. 0; P 0. 015 - 0. 05; Sобщ 0. 2 - 0. 9; Cобщ 2. 5 - 30. 0; Zn 0. 05 - 5. 3. Плотность их колеблется в пределах 2. 7 - 3. 8 г/см , удельный выход в среднем составляет 2. 75ё0. 84%. Коэффициент использования этих шламов изменяется (для разных предприятий) довольно значительно - от 0. 1 до 0. 8. Это довольно тонкодисперсный материал: фракции >0. 063 мм до 10 - 13%, 0. 016 - 0. 032 мм от 16 до 50% и < 0. 008 мм от 10 до 18%. В настоящее время эти шламы используются как добывка к агломерационной шихте. Сравнительно низкий уровень их использования объясняется относительно невысокой долей железа в них (Feобщ<50%), а также повышенным содержанием цинка (>1%), что требует предварительного обесцинкования шламов. Шламы подбункерных помещений доменных печей образуется при гидравлической уборке просыпи с полов подбункерных помещений, их составной частью является также пыль аспирационных установок этих помещений. По химическому составу эти шламы подобны шламам аглофабрик в них имеются почти все компоненты аглошихты, % : Feобщ 33 - 35; SiO2 7 - 11; Al2O3 1 - 3; CaO 8 - 28; MgO 1 - 3; MnO 0. 1 - 1. 5; P2O5 0. 01 - 0. 2; Sобщ 0. 15 - 0. 40; Cобщ < 15. 0; Zn 0. 0 - 0. 02. Шламы подбункерных помещений по гранулометрическому составу являются материалами средней крупности (частиц размером 0. 1 - 0. 063 мм 20 - 40%). Плотность шламов подбункерных помещений колеблется в пределах3. 5 - 4. 5 г/см . Эти шламы обычно используются как добавка к агломерационной шихте. ОСНОВЫ ПЕРЕРАБОТКИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПЫЛЕЙ И ШЛАМОВ. Технология подготовки шламов доменных газоочисток предусматривает обезвоживание осаждением в отстойниках, фильтрование в аппаратах различного типа и при необходимости термическую сушку. Особенностью шламов доменных газоочисток является повышенное содержание в них цинка. Вследствие этого при подготовке их к использованию в качестве компонента доменной шихты необходимо проводить обесцинкование. Последняя может проводиться как пиро - , так и гидрометаллургическими способами. При содержании в шламах цинка > 12 % они могут использоваться как сырье для его получения. Шламы подбункерных помещений доменных печей, как указывалось ранее, похожи по химическому и гранулометрическому составам на шламы аглофабрик, поэтому в настоящее время единственным направлением утилизации этих шламов является использование их в качестве компонента аглошихты. Подготовка их в этом случае предусматривает обычные стадии обезвоживания; желательно, чтобы этот материал, смешиваемый с другими компонентами аглошихты, имел зернистую структуру. Это улучшает окомкование аглошихты и приводит к увеличению газопроницаемости ее слоя, что благотворно сказывается на производительности агломашины и качестве агломерата. ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ШЛАМОВ Пыли металлургического производства обычно не требуют какой - либо предварительной подготовки перед утилизацией. Шламы, прежде чем их использовать (например в качестве компонента шихты), необходимо подвергнуть обезвоживанию (сгущению, фильтрованию, сушке). Сгущение - процесс повышения концентрации твердой фазы в сгущаемом продукте (шлам, пульпа), протекающий под действием гравитационных и (или) центробежных сил. При сгущении шламов стремятся получить не только осадок достаточной плотности, но и возможно более чистый слив, что позволяет использовать последнийв оборотном цикле и исключить потери твердого продукта. Поскольку количество воды в сгущаемом продукте составляет 30 - 60%, то использовать такой обводненный материал в качестве добавки к аглошихте или окомковывать его с целью получения окатышей практически невозможно. Поэтому сгущенный продукт необходимо профильтровать для того, чтобы содержание влаги в нем снизить до 8 - 10%. При фильтровании шламов происходит процесс разделения жидкого и твердого под действием разрежения или давления, сопровождающийся удалением влаги через пористую перегородку (обычно фильтровую ткань и частично осадок). На фильтрование обычно подают шламы, частицы которых имеют размер<1 мм, так как обезвоживать такие дисперсные системы другими методами нецелесообразно из - за малой скорости удаления влаги и, как следствие, значительной влажности получаемого осадка. Процесс фильтрования зависит от многих факторов, основные из которых следущие: содержание твердого в шламе, крупность твердой фазы, разность давлений по обе стороны фильтрующей перегородки и др. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ДОМЕННЫХ И СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ШЛАМОВ В настоящее время разработаны различные технологии комплексной переработки шламов (пылей); часть из них реализована в промышленном масштабе за рубежом. У нас такие технологии разрабатываются на уровне исследовательских работ и полупромышленных испытаний. Промышленного производства металлизованных окатышей из шламов (пыли) аглодоменного и сталеплавильного производств пока нет; эти материалы используются лишь как компоненты аглошихты. Разработана технология использования шламов доменного, мартеновского, конвертерного и частично электросталеплавильного производств на Челябинском металлургическом комбинате (ЧМК). Отделение подготовки к утилизации железосодержащих шламов работает последующей схеме: шламы из радиальных отстойников после сгущения до 600 г/л поступают в вакуум - фильтры, а после них (с влажностью 36%) в сушильные барабаны; затем шламы с влажностью 10% подаются на аглофабрику. Известно, однако, что использование шламов в качестве компонента аглошихты осложняется нестабильностью их химического и гранулометрического состава, что требует разработки технологии рекуперации этих материалов в каждом конкретном случае. Использование в аглошихте таких тонкодисперсных материалов, как шламы сталеплавильного производства, приводит к ухудшению газопроницаемости спекаемого слоя и вследствие этого к снижению производительности агломашины. Кроме того, увеличивается вынос весьма мелких частиц (размером <10 мкм), которых в шламах содержится до 30 - 40%, что значительно снижает эффективность работы газоочистных установок. Использование шламов препятствует высокое содержание в них цинка (в конверторных шламах его < 1%, в остальных 0. 4 - 0. 6 %), причем при кругообороте цинка в печи агломерат - доменная печь - шламы доменных газоочисток его количество в последних возрастает. Институтом "Уралмеханобр" совместно с Карагандинским металлургическим комбинатом разработана новая технология утилизации железосодержащих шламов в аглопроизводстве. По существующей схеме шламы аглофабрик 1 и 2, подбункерных помещений доменныхпечей 3 и 4, тракта шихтоподачи дробильно - сортировочной фабрики сгущают и обезвоживают (крупнозернистую фракцию на ленточных, тонкозернистую - на дисковых вакуум - фильтрах). Обезвоженные продукты объеденяют и подают в шихтовое отделение аглофабрики 2. По новой технологии шламы после двустадийного сгущения с содержанием твердого 40 - 50 % подают в распыленном виде в первичные смесители аглошихты вместо технической воды. В результате шлам достаточно равномерно распределяется в объеме аглошихты, а вся шихта увлажняется до необходимого уровня при значительном сокращении расхода технической воды. На Орско - Халиловском металлургическом комбинате была разработана и опробована технология получения во вращающейся печи окускованного продукта из смеси доменного и мартеновского шламов. Длина барабана 18 м, угол наклона 2 (диаметр не приводится). Шлам влажностью 30 - 70 % подавали в печь с помощью специальной форсунки, процесс спекания регулировали изменением скорости вращения печи, интенсивностиподачи шлама и тепловой нагрузки. Способ переработки пылей и шламов следует выбирать для каждого металлургического завода в соответствии с характеристиками образующихся отходов. В таблице 1 показаны особенности и разновидности этих способов. С точки зрения переработки пыли и шламов заслуживают особого внимания способы, в которых извлекают цинк, свинец, соединения щелочных металлов (классификация исходного материала в аппаратах типа гидроциклонов, получение хлорированных и металлизованных окатышей). Эти способы широко применяются в Японии, где в конце 60 - х - начале 70 - х годов большое внимание было обращено на производство металлизованных окатышей с использованием в качестве востановителя угля. Как уже указывалось, общим для этих процессов является использование для востановительного обжига окатышей вращающейся (трубчатой) печи. Отличаются они в основном технологией подготовки исходных материалов. В последние годы на таких установках вместе с вращающейся печью работает устройство типа аглоленты, на которой осуществляются сушка и предварительный нагрев окатышей теплом дыма, уходящего из трубчатой печи решетка - трубчатая печь. Строительство таких установок довольно дорого, поэтому японской фирмой "Раса" был разработан альтернативный способ переработки пылей и шламов с большим содержанием цинка и других примесей - процесс Раса - НГП. Исследования фирмы "Син ниппон" показали, что цинк в доменных шламах сосредоточивается в основном в наиболее тонкой фракции (около 20 мкм), железо сравнительно равномерно распределено во всех фракциях, а углерод - в наиболее крупных. На этой основе была разработана технология отделения наиболее тонкой фракции (содержащей соединения цинка ) с помощью гидроциклона. Сгущенный шлам направляется в вакуум - фильтры, затем в тарельчатый окомкователь для получения миниокатышей (1 - 5 мм), которые далее поступают на агломашину. Слив гидроциклонов с содержанием твердого 2% подают в отстойники, откуда через 3 ч шлам с концентрациейтвердых частиц 9% подается в фильтр - пресс, а осветленная вода возвращается в первичный отстойник. При содержании цинка на входе в гидроциклон 3 - 5 % в шламе, подаваемом на окомкование (а в дальнейшем на агломерацию), содержится цинка всего 1 %, в то время как в сливе гидроциклонов количество его достигает 8 - 15 %. Поскольку в сгущенном продукте, а следовательно, и в миниокатышах содержится довольно много углерода, удельный расход кокса при агломерации удается снизить до 2 кг/т чугуна, а количество цинка, поступающего в доменную печь с агломератом, состовляет 0. 2 кг/т чугуна. В процессе Раса - НГП используется специальный агрегат, с помощью которого с твердых частиц снимается (обдирается) поверхостный слой, содержащий соединения цинка. Капитальные и эксплуатационные затраты на строительство установки, работающей по этому процессу, в 10 - 15 раз ниже затрат в случае использования, например, способа СЛ - РН. Проектная производительность одной установки составляет 120 тыс. т в год (по исходному сырью). ОБЕСЦИНКОВАНИЕ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ ПЫЛЕЙ В пылях доменного (в меньшей степени конвертерного и электросталеплавильного) производства содержится довольно значительное количество цинка, свинца и солей щелочных металлов, вредно влияющих на процесс получения чугуна. Особенно нежелателен цинк, вызывающий образование настылей в доменной печи, разрушение ее футеровки, ухудшающий качество агломерата, изготовленного из сырья с большим содержанием цинка. При утилизации таких пылей присадкой их в агломерационную шихту происходит накоплениецинка в получаемом агломерате. По существующим нормам содержание цинка в сырье, поступающем в доменную печь, не должно превышать 1. 0 %, в то время как в пылях доменных газоочисток его содержание может доходить до 15. 3 % на Кузнецком металлургическом комбинате ( по данным 1986 г. ), 3. 8 % на Череповецком, 1. 94 % на Нижнетагильском, 1. 5 - 2. 77 % на Западно - Сибирском металлургическом комбинате (на заводах Украины не превышает 0. 5 %). Это свидетельствует о необходимости обесцинкования пылей (шламов), имеющих повышенное содержание цинка. Разработаны два типа процессов извлечения цинка из исходного материала (окисленные цинковые руды, цинковые шлаки и кеки, пыли, шламы) - пиро - и гидрометаллургический. Первый применяется в основном в черной металлургии, второй - в цветной. Основой пирометаллургического процесса извлеченияцинка (и свинца) является восстановительный обжиг сырья чаще всего во вращающихся (трубчатых) печах, восстановитель кокс, а в последние годы энергетический уголь. Можно утверждать, что все процессы получения металлизованных окатышей так или иначе связаны с отгонкой цинка из исходной шихты и последующим улавливанием его в виде оксида либо металлического цинка. Взаимодействие углерода с оксидом цинка протекает по реакциям ZnO + C = Zn(пар) + CO; ZnO + C = 2 Zn(пар) + CO2. Первая реакция пртекает при температуре 950 С, вторая - при 1070 С и выше, причем возгонка цинка наиболее интенсивно идет при 980 - 1000 С. Установлена линейная зависимость между количеством получаемого цинка и степенью металлизации шихты. Вчастности, в конце трубчатой печи степень возгонки цинка возрастает до 96 - 98 %, свинца - до 99 %, а степень металлизации - до 94 %. При температуре выше 1100 С существенноускоряется процесс возгонки всех цветных металлов, содержащихся в сырье. В возгонках восстановительного обжига пылей доменных газоочисток может находится значительное количество редкоземельных элементов (например, теллура и индия до 0. 15 кг/т пыли). Предварительная подготовка пыли (кека) обычно заключается в их грануляции с получением окатышей диаметром 5 - 15 мм. В последние годы разрабатываются новые способы извлечения цинка и других цветных металлов из дисперсных отходов металлургического производства. В частности, был предложен процесс их обесцинкования путем электроплавки окатышей, полученных из пыли, в дуговой электропечи. Принципиально этот метод заключается в следующем. При получении окатышей в них "накатывался" углеродосодержащий материал (например, молотый кокс) с тем, чтобы при плавке их в дуговой печи образовывалась восстановительная атмосфера. Оксиды кремния, кальция, марганца, имеющиеся в окатышах, представляют собой по существу пустую породу; при плавке они образуют шлаковый расплав, который периодически выпускается из печи. Цветные металлы возгоняются и образующийся пылегазовый поток направляется в газоочистные сооружения через окислительную камеру. Цветные металлы превращаются в оксиды, которые затем и улавливаются. Уловленная пыль содержит до 50 % цинка. Кроме того, газовым потоком выносятся и такие металлы, как индий, таллий, кадмий. Возможно проведение процесса обесцинкования с использованием плазмы. В способе "Плазмадаст" (Швеция) восстановительным агрегатом является шахтная печь, в которую загружаются исходный материал (пыль) и коксовая мелочь. В нижней части ее располагаются плазматроны. В восстановительной атмосфере печи оксид цинка восстанавливается до чистого цинка, который, находясь в парообразном состоянии, вместе с отходящими газами поступает в конденсатор, где конденсируется до жидкого металла. ОСОБЕННОСТИ ДОМЕННОГО ПРОЦЕССА И СОСТАВ ВЫБРОСОВ Основным продуктом доменной плавки является чугун, а побочными - шлак и доменный (колошниковый) газ. В среднем при сгорании 1 т сухого кокса образуется 3400 м куб. доменного газа со средней теплотой сгорания 3. 96 МДж/м куб. Пыль и газообразные выбросы из доменных печей образуются в результате сложных физических и химических процессов. Считают, что с доменным газом из печи выносятся пыль, внесенная с шихтой (образовавшияся при дроблении шихтовых материалов, в основном кокса), и пыль, появившаяся при трении столба шихты в самой доменной печи. Масса пыли, вносимой доменными газами, составляет 20 - 100 кг/т чугуна. Средняя запыленность доменных газов равна 9 - 55 г/м куб. , а при неполадках или мелкой шихте может достигать 200 г/м куб. Количество образующегося доменного газа составляет 3880 м куб. /т влажного кокса, или 4000 м куб. /т сухого кокса, или 2000 - 2500 м куб. на 1 т чугуна. Удельные технологические выбросы с колошниковыми газами при выплавке передельного чугуна составляют, кг на 1 т чугуна: пыли - 100; СО - 640; О2 - 0. 08 - 0. 45. Температура доменного газа на выходе из печи составляет обычно 300 - 350 градусов цельсия. Пылегазовыделения из печи обусловлены тем, что при подаче шихты на большой конус загрузочного устройства печи давление по обе стороны конуса наобходимо выровнять, для чего неочищенный газ из межконусного пространства выводят в атмосферу. ... ВНИМАНИЕ! Текст просматриваемого вами реферата (доклада, курсовой) урезан на треть (33%)! Чтобы просматривать этот и другие рефераты полностью, авторизуйтесь  на сайте: Ваш id: Пароль: РЕГИСТРАЦИЯ НА САЙТЕ