Способы переработки шламов

Черная металлургия испытывает дефицит железорудного сырья. В переработку поступают отвальные шламы газоочисток доменного и сталеплавильного производства (в таблице 1 приведен приблизительный химический состав шламов). Эти шламы содержат значительные количества не только полезных компонентов, но и не желательного цинка, который сокращает срок службы футеровки доменной печи. Поэтому потребление указанных шламов ограничено.

Таблица 1

Химический состав железосодержащих металлургических шламов комбинатов России и стран снг

Шламы комбинатов	Содержание, %
	Fe	C	MgO + CaO	SiO2	Zn	Pb	Na2O + K2O
Нижне-Тагильский: доменный конвертерный
	39,9	15,2	10,2	5,9	1,5-2,5	Н.д.	Н.д.
	56,3	7,5	5,4	3,3	0,2-0,4	Н.д.	Н.д.
Западно-Сибирский: доменный конвертерный
	35,1	18,47	5,86	7,0	2,14	0,64	0,2
	41,18	0,82	20,96	1,47	0,28	0,09	0,23
Новолипецкий: доменный сталеплавильный
	50,88	4,82	7,08	8,25	0,92	0,53	0,36
	50,94	0,49	13,29	2,06	2,84	0,17	0,39
Череповецкий: доменный сталеплавильный
	37,86	12,25	8,94	8,74	2,81	0,29	0,15
	56,78	0,63	4,29	2,15	3,65	0,15	0,49
Магнитогорский: доменный сталеплавильный
	41,09	20,52	5,21	5,93	0,65	0,08	0,34
	64,2	0,23	1,83	0,67	2,15	0,5	0,22
Криворожсталь: доменный сталеплавильный
	52,7	6,7	5,49	7,77	0,04	0,02	0,23
	63,45	0,82	3,59	2,28	0,7	0,03	0,36
Запорожсталь: доменный сталеплавильный
	59,78	1,73	4,06	4,2	0,14	0,14	0,17
	59,71	0,61	2,27	1,29	4,0	1,18	0,35
Карагандинский: доменный сталеплавильный
	20,17	30,0	10,25	10,43	1,09	0,21	0,81
	46,4	0,82	14,28	2,83	1,02	0,44	0 6 ,24

На данный момент для утилизации шламов чёрной металлургии разработаны и используются в промышленности несколько технологических процессов:

1. Вельц-процесс – металлизация во вращающихся печах с извлечением цинка;

2. Специальная доменная плавка (технология DK Recycling);

3. Процесс OXYCUP – проплавка брикетов из железоцинкосодержащих материалов в кислородной вагранке;

4. Металлизация рудоугольных окатышей или брикетов в камерных печах кольцевого типа с вращающимся подом (Flastmet, RedIron);

5. Технология FASTMELT – металлизация окатышей или брикетов в печи с вращающимся подом с последующим получением из металлизованного продукта чугуна в дуговой электропечи.

Вельц-процесс разработан специально для переработки руд и промышленных отходов с целью извлечения из них металлов, возгоняющихся в виде паров, сульфидов, оксидов или хлоридов. Основное практическое применение процесс нашёл для переработки цинкосодержащих отходов, в частности, богатых цинком (25-30%) пылей дуговых электросталеплавильных печей. Минимальное содержание цинка в отходах для экономичной переработки их вельц-процессом составляет не менее 9%. Процесс реализуется во вращающихся трубчатых печах диаметром 2,5-4,5 м и длиной 40-75 м. Перед вельцеванием мелкодисперсные отходы окомковываются с использованием связующего.

Основными источниками тепла в вельц-процессе являются: окисление углерода твёрдого топлива (коксик), подаваемого в печь с обрабатываемым материалом (80%), топливо, сжигаемое в горелках (около 10%), окисление возгоняемого цинка (около 7%) и физическое тепло дутья. Потери тепла с отходящими газами, возгонами, пылью и внешние потери составляют до 50%. Производительность вельц-печей варьируется в пределах 0,5-1,3 т/м³ в сутки. Расход коксовой мелочи составляет 450 кг/т шихты и расход природного газа – 29 м³/т. ещё более высокий расход топлива имеет место в аналогичном процессе металлизации труднообогатимых руд в трубчатых вращающихся печах.

Т

7

ехнология DK Recycling заключается в окусковании путём агломерации смеси металлургических и других цинкосодержащих отходов и выплавка из этого агломерата литейного чугуна в доменной печи с применением технологии, обеспечивающей эффективный вынос оксида цинка с колошниковым газом и улавливается в системе газоочистки в составе шлама (56%) и колошниковой пыли (38%). На аспирационную пыль шихтоподачи, чугун и шлак цинка приходится соответственно лишь 4; 1 и 1%.

При переходе цинка в печь в количестве 38 кг/т чугуна колошниковая пыль, улавливаемая в пылеуловителе, содержит до 40% цинка, а шлам скруббера – 65-68% цинка. Годовой производство шлама составляет 17000 т. шлам и колошниковая пыль продаются предприятиям цветной металлургии. Собственные отходы производства составляют около 2% объёма поступающих на завод сырьевых материалов.

Металлизация рудоугольных окатышей или брикетов в печи с вращающимся подом, как технология была разработана компанией Midland-Ross в США в 1960 г. Благодаря высокотемпературному нагреву тонкого слоя углеродсодержащих окатышей (высотой в 1-2 окатыша) до 1100-1200С процесс восстановления железа и цинка в окатышах завершается в печи с вращающимся подом в течение 10-15 мин за один оборот пода. Цинк после восстановления возгоняется, выходит из печи с отходящими газами и улавливается в виде пыли в газоочистке. Степень металлизации окатышей составляет 60-85%, а степень удаления цинка из них - не менее 80-95%. Окатыши в горячем виде поступают в валковый пресс, производящий горячебрикетированное железо. При металлизации в процессе Fastmet окатышей из железорудного концентрата и угля расход топлива на 1 т металлизованного продукта составляет: угля 0,3-0,4 т; топлива, сжигаемого в горелках, 70-100 кг условного топлива. Расход топлива при металлизации окатышей из углеродсодержащих шламов составляет 100-130 кг условного топлива.

Процесс OXYCUP был реализован в промышленном масштабе в 2004 г. Самовосстанавливающиеся брикеты из шламов на цементной связке, производимые по технологии вибропрессования, проплавляются в вагранке, работающей на обогащенном кислородом дутье. Кроме брикетов используются флюсы и крупногабаритный скрап (до 1 м). получаемый чугун используется в конвертерном цехе, шлак гранулируется, очищенный колошниковый газ используется как топливо, а колошниковая пыль рециклируется в брикеты. При увеличении содержания цинка в колошниковой пыли до уровня, определяющего её ликвидность, пыль периодически выводится из процесса и продаётся как цинковый концентрат. В отличие от доменной печи в процессе OXYCUP большая часть железа восстанавливается при 900-1400С в течение короткого периода времени (20-30 мин) и преимущественно углеродом, содержащимся в брикетах.

Т

8

ехнология PRIMUS заключается в металлизации железоцинкосодержащих пылей электродуговых сталеплавильных печей в многоподовой печи. Смесь пылевидного угля и железосодержащих отходов пересыпается с пода на под, начиная с верхнего и перемещаясь с помощью скребков на каждом уровне от центра к стенке и обратно к центру. В печи необходимая температура процесса создаётся в результате сжигания топлива в горелках и дожигания СО, выделяющегося в процессах восстановления. Цинк и свинец восстанавливаются до металла, испаряются, снова окисляются газом и выносятся с отходящими газами, а затем улавливаются в газоочистке. Степень удаления цинка и свинца 95%. Металлизованный продукт (степень металлизации 90-95%) пригоден для использования в сталеплавильных агрегатах или для выплавки чугуна. Промышленный агрегат, построенный в Люксембурге, способен перерабатывать 25000 т металлургических отходов в год.

Проблема переработки железоцикосодержащих шламов на российских металлургических предприятиях интегрированного типа пока ещё не решена. При выборе рациональной технологии переработки этих материалов целесообразно учитывать местные условия, используя как экономический, так и экологический критерии. С учётом особого внимания мирового сообщества к парниковому эффекту и принимаемым против него мерам в качестве экологического критерия целесообразно использовать эмиссию СО₂ на 1т чугуна, выплавляемого с использованием перерабатываемых отходов. Эмиссию СО₂ при утилизации цинкосодержающих отходов (табл. 2) разными технологиями в данной работе оценили для объёма перерабатываемых отходов 6000 тыс. т в год.

Таблица 2