СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЦИНКСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЦИНКСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА


RU (11) 2269580 (13) C2

(51) МПК
C22B 1/216 (2006.01)
C22B 7/00 (2006.01)
C22B 19/30 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - прекратил действие, но может быть восстановлен 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2003127870/02 
(22) Дата подачи заявки: 2003.09.08 
(30) Приоритетные данные: 2002097344 2002.09.10 UA 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2003.09.08 
(43) Дата публикации заявки: 2005.04.10 
(45) Опубликовано: 2006.02.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 1610197 A1, 30.11.1990. SU 1749282 A1, 23.07.1992. WO 98/04755 A1, 05.02.1998. EP 0453151 A1, 23.01.1991. ЛИСИН B.C. и др. Современное состояние и перспективы рециклинга цинкосодержащих отходов металлургического производства. Приложение №6 к бюллетеню "Черная металлургия", 2001, с.10-16. 
(72) Автор(ы): Касимов Александр Меджитович (UA); Носальский Станислав Андрианович (UA); Ирха Виктор Николаевич (UA) 
(73) Патентообладатель(и): Касимов Александр Меджитович (UA); Носальский Станислав Андрианович (UA); Ирха Виктор Николаевич (UA) 
Адрес для переписки: 61166, Украина, г. Харьков-166, ул.Бакулина, 6, УкрНИИЕП, А.М.Касимову 

(54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЦИНКСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
Изобретение относится к переработке цинксодержащих отходов и может быть использовано в черной и цветной металлургии. Способ включает смешивание отходов с углеродистым восстановителем, высокотемпературную обработку полученной смеси в обжиговой печи, отгонку цинка и улавливание возгонов с получением оксидов цинка. 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. 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. Изобретение позволит достичь повышенную степень извлечения товарного цинкового продукта с минимальным содержанием примесей, а также снижение вредного воздействия отходов на окружающую среду. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


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 






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.



ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал
Устройства и способы извлечения цветных, редкоземельных и благородных металлов






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска: "и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+извлечение -золота".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "золото" будут найдены слова "золотой", "золотое" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("золото!").




Рейтинг@Mail.ru