Лекция 4. Утилизация графитсодержащих отходов чёрной металлургии

Графит является ценным материалом для многих отраслей промышленности. Из графита изготавливают не только стержни для карандашей, но и стержни для атомных реакторов. Из графита изготавливают сухие смазки, которые одинаково хорошо работают при сверхвысоких и сверхнизких температурах и применяются в авиационно-космической технике. Графит широко применяется в электротехнике для скользящих контактов в электродвигателях или для троллейного электротранспорта. Графит является ценным материалом в электронике, где егл используют в тиристорах и транзисторах.

В 2010 г. английские граждане русского происхождения А.Гейм и С.Новосёлов получили Нобелевскую премию за создание нового материала на основе графита – графена. Графен – это мономолекулярный слой кристаллов графита, который может быть свёрнут в нанотрубки, обладающие невероятной прочностью и целым рядом уникальных электромагнитных свойств.

В настоящее время графит или добывают из природной графитовой руды (Завальевское месторождение, Украина), или получают методом высокотемпературного пиролиза из кокса.

Чёрная металлургия обладает большим количеством отходов, содержащих графит.

Графит образуется в объёме расплава чугуна из свободного углерода при охлаждении, вследствие снижения растворимости углерода в металле. Частицы графита имеют плоскую форму и при осуществлении технологических операций переходят в шлак и в атмосферу в виде пыли. Содержание графита в шлаке около 5 %, а в пыли – около 10%. Содержание графита в природной графитовой руде Завальевского рудника – около 5%, таким образом, графитсодержащие отходы чёрной металлургии по качеству превосходят природную руду, а количество этих отходов таково, что если их собирать, то они полностью обеспечат потребность в графите всего СНГ.

В СССР проводились работы по использованию ГСП литейных дворов, миксерных отделений и отделений перелива чугуна в качестве сырья для графитовых заводов. Учитывая, что продукцией графитовых заводов являлись графитные стержни для атомных реакторов и высокотемпературные смазки для авиационной и ракетно-космической техники, ГСП в СССР считалась стратегическим сырьём, а графитовые заводы входили в систему Минсредмаша СССР.

В 1983 г. Минчермет СССР издал приказ №1223, обязывающий металлургические заводы организовать сбор и сдачу ГСП. Были установлены годовые плановые задания, и в год по Украине собиралось и утилизировалось более 4000 т графитсодержащих отходов.

Несмотря на тяжёлый экономический кризис, поразивший Украину, графитовые заводы продолжают выпуск продукции, основным потребителем которой является Россия. При этом, как с экономической, так и с экологической точки зрения, целесообразнее использовать графитсодержащие отходы металлургии, чем добывать графитовую руду в рудниках или открытым способом в карьерах.

В связи с этим практический интерес представляет вопрос о влиянии подачи азота на количество и качество ГСП.

Подача в ковш газообразного азота приводит к изменению химического состава графитсодержащей пыли. В таблице 1 приведены средние значения содержания различных компонентов в пыли, отобранной из бункеров циклонов ЦН-15 в миксерном отделении конвертерного цеха «Азовстали».

Таблица 1

Химический состав графитсодержащей пыли, уловленной

циклонами ЦН-15 при сливе чугуна из миксера в ковш в

миксерном отделении ККЦ меткомбината «Азовсталь»

Содержание компонентов, % по массе	Feмет	FeO	Fe2O3	CaO	SiO2	C	Другие компоненты
При сливах без пылеподавления	3,3	8,4	73	1,7	2,2	11	0,4
При подаче азота через 2 сопла диаметром 200 мм	5,0	10,2	53,1	2,0	2,1	27,5	0,1

Как видно из таблицы применение пылеподавления азотом приводит к значительному повышению содержания углерода в ГСП за счёт снижения доли оксидов железа. Графитовые заводы принимают на переработку ГСП с содержанием углерода в пыли не ниже 20%. Таким образом, улавливаемая циклонами графитсодержащая пыль, при подаче азота становится товарным продуктом, пригодным для утилизации.

Цена на ГСП дифференцирована в зависимости от содержания углерода. В таблице 2 приведены цены на графитсодержащую пыль, которые сложились на Украине на январь 1996 г.

Таблица 2

Цены на графитсодержащую пыль в зависимости от содержания углерода

Марка ГСП	ГСП-20	ГСП-30	ГСП-40	ГСП-50	ГСП-60	ГСП-70
Содержание углерода, %	20-29	30-39	40-49	50-59	60-69	70-79
Цена, $ США за 1 т	22	24	26	29	46	60

Учитывая, что крупнодисперсная фракция пыли, улавливаемая циклонами ЦН-15, содержит кроме графитной спели значительное количество застывших брызг чугуна, можно обогатить ГСП методом магнитной сепарации. В таблице 3 приведен химический состав немагнитной фракции пыли, отделённой от пыли, уловленной циклонами в миксерном отделении ККЦ меткомбината «Азовсталь», и содержавшей первоначально 25,3% углерода.

Таблица 3

Химический состав немагнитной фракции ГСП

Компонент	Feмет	FeO	Fe2O3	SiO2	C	Остальные компоненты
Содержание, % по массе	8,58	0,8	4,51	15,5	57,7	12,91

Таким образом, применением магнитной сепарации можно более чем вдвое увеличить содержание углерода, резко повысив качество ГСП.

Применяя при переливах чугуна пылеподавление азотом, и обогащая уловленную крупнодисперсную пыль, можно превратить её в товарный продукт пригодный к продаже.