19. М.Ш. БАРКАН, Е.И. КАБАНОВ Перспективы

УДК 502.131
М.Ш. БАРКАН, канд. техн. наук, доцент, кафедра геоэкологии, barkan-msh@spmi.ru
Е.И. КАБАНОВ, студент, кафедра геоэкологии, evgeniykab@mail.ru
Санкт-Петербургский государственный горный университет.
M.SН. BARKAN, PhD in technical Sci., the senior lecturer, Department of Geoecology, barkanmsh@spmi.ru
E.I. KABANOV, student, department of Geoecology, evgeniykab@mail.ru
Saint-Petersburg State Mining University.
ПЕРСПЕКТИВЫ УТИЛИЗАЦИ ОТХОДОВ ГОРНОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ
ПРЕДПРИЯТИЙ ПРИ ДОБЫЧЕ И ПЕРЕРАБОТКЕ ЖЕЛЕЗОРУДНОГО СЫРЬЯ
В течение длительного времени на отвалах и шламохранилищах некоторых предприятий
складируется большое количество железосодержащих отходов различных производств. В состав таких
отходов зачастую входят токсичные компоненты, которые оказывают негативное влияние на окружающую
среду. Актуальным является введение технологий, позволяющих извлечение токсикантов из шламов, а так
же регенерации железосодержащего сырья для дальнейшего его возвращения в производство.
Ключевые слова: железосодержащие отходы, технология утилизации, загрязнение окружающей
среды.
PROSPECTS OF WASTE MANAGEMENT COMPANIES MINING AND
SMELTING EXTRACTION AND PROCESSING OF IRON ORE
For a long time in the dumps and sludge of some enterprises is stored a large number of iron-bearing wastes
of various industries. The composition of these wastes are often toxic components, which have a negative impact on
the environment. Relevant is the introduction of technologies to extract pollutants from the sludge, as well as the
regeneration of ferrous raw materials for further manufacture in return.
Keywords: iron-containing waste, utilization technology, environmental pollution.
При
переработке
железорудного
сырья
образуется
большое
количество
железосодержащих отходов в виде пылей и шламов газоочистных сооружений
агломерационных фабрик, доменных и сталеплавильных производств, выход которых
составляет около 1% от массы сырья и полуфабрикатов или 7-8% конечного объема
производства металлургических заводов. Содержание железа в твердых отходах
агломерационного, доменного и сталеплавильного производства составляет 33-70% в
пересчете на приведенное, а из 1 млн. т вторичных железосодержащих отходов может
быть получено 450 тыс. т металла. Кроме того, в них отмечается большое содержание
оксидов цинка (1-20%), свинца и щелочных металлов.
Череповецким комбинатом ежегодно выбрасывается в окружающую среду порядка
120 тыс. т конвертерной, 45 тыс. т доменной и 35 тыс. т мартеновской пыли. За годы
существования комбината в его золошламонакопителях скопилось более 10 млн. т
подобных отходов с высоким содержанием железа и цинка на фоне породообразующих.
Присутствие в отходах соединений цинка и свинца делает их непригодными к
использованию в основном производстве без их предварительного удаления.
В последние годы в связи с необходимостью решения экологических проблем и
имеющим место снижением содержания ценных компонентов в рудах повышается
значение комплексного использования добываемого сырья и сокращения промышленных
выбросов, представляющих источник сырья для цветной и черной металлургии.
Длительное время отходы, образующиеся при переработке железорудного сырья,
направлялись в отвалы, однако, в последние годы многие организации активно
разрабатывают способы их утилизации. Этому способствует несколько факторов:
введение более жестких законодательных норм по охране окружающей среды,
приводящее к увеличению количества уловленных отходов и необходимости изыскания
свободных территорий для их вывоза, высокое содержание железа и других ценных
компонентов, осознание исчерпаемости природных ресурсов и др.
Содержание железа в шламах доменного, конвертерного и мартеновского
производств составляет в пересчете на приведенное 33-70%, а из 1 мил. т вторичных
железосодержащих отходов может быть получено 450 тыс. т металла. Кроме того, в
металлургических шламах отмечается значительное содержание токсичных компонентов,
таких как оксиды цинка, свинца, щелочных металлов и др.
Вывоз подобных отходов в отвалы сопряжен с возникновением почти таких же
проблем охраны окружающей среды, как и в ходе технологических процессов:
высокодисперсная
легкорастворимые
пыль
сдувается
компоненты,
ветром,
представляют
продукты
опасность
обжига,
содержащие
вследствие
вторичного
загрязнения водорастворимой фазой поверхностных и подземных вод.
Содержание цинка в отвальных пылях колеблется от 1-го до 10-и %, а на
некоторых заводах содержание этого элемента достигает 20-30 %. Ежегодно с
цинксодержащими шламами, теряется около 35 тыс. т цинка, а также медь, никель,
свинец, кадмий, хром и ряд редких элементов.
Обладая высокой подвижностью в почве, цинк является серьезным источником
загрязнения поверхностных и подземных вод. Растворимость цинка в почве начинает
увеличиваться при значениях pH менее 6. При значениях pH более 6 происходит
накопление цинка в почве в больших количествах благодаря взаимодействию с
породообразующими элементами. При высоких значениях pH, в присутствии фосфатов,
усвояемость цинка растениями значительно понижается. Для растений токсический
эффект создается при содержании около 200 мг цинка на кг сухого материала. Для
процессов миграции цинка в почве важную роль играют процессы адсорбции и
десорбции, определяемые значением pH в глинах и различных оксидах.
Одними из наиболее чутких индикаторов к изменению состояния окружающей
среды являются водные объекты.
Деятельность промышленных предприятий снижает уровень защищенности
подземных вод, меняется состав водовмещающих пород и характер взаимосвязи
подземных и поверхностных вод, происходит метаморфическая техногенизация водных
объектов.
С учетом подвижности цинка, физико-химические процессы протекающие в
подземных водах оказывают большое влияние на уровень их загрязнения этим элементом.
К числу таких основных физико-химических процессов, в первую очередь, следует
отнести сорбцию, процессы осаждение и растворение, окислительно-восстановительные и
биохимические процессы.
Таким образом, целью работы, проведенной коллективом авторов, является
разработка цикличной технологии утилизации твердых отходов доменного, конвертерного
и мартеновского производств с попутным извлечением и регенерацией цинка, а также
параллельным изучением возможности комплексного извлечения ценных компонентов и
возврата железосодержащих полупродуктов в основное производство.
В процессе работы выполнены следующие этапы: разработка рекомендаций по
опробованию техногенных отходов сложного состава, непосредственное опробование, а
также изучение вещественного и химического состава продуктов, и сравнительный анализ
вариантов аппаратурного оформления процесса.
Объектом исследований явились отходы названных ранее производств, отобранные
при опробовании полигонов АО "Северсталь".
Нетрадиционный
характер
формирования
техногенных
месторождений
предполагает полный цикл исследований при осуществлении опробования. В процессе
изучения
техногенных
образований
предлагается
следующая
последовательность
мероприятий:
1. изучение геологических особенностей
объекта, включающее также описание
гидрогеологического режима территории;
2. оконтуривание техногенного массива с привязкой к местности и его геологотехнологическим и экологическим картированием;
3. описание промышленных объектов и селитебных зон, граничащих с месторождением;
4. описание технологии основного предприятия, являющегося источников образования
отходов;
5. описание предполагаемых путей рекультивации земель, занятых под полигон;
6. характеристика вспомогательных производств;
7. классификация отходов по классу опасности.
Следующий цикл мероприятий – непосредственное опробование техногенного
массива – предполагает организацию представительного пробоотбора. При планировании
работ необходимо учитывать изменения химического и фазового состава изучаемых
объектов в зависимости от времени образования массива, климатических особенностей
района и гидрогеологических условий.
Объекты длительного хранения необходимо
обследовать методом колонкового бурения, причем рекомендуемая масса единичной
пробы должна быть не менее 20 кг. Далее организуется отбор лабораторных, укрупненолабораторных и предварительных технологических проб с привязкой сетки пробоотбора к
рассматриваемому
объекту;
технологические
пробы
актируются,
и
на
каждую
составляется отдельный паспорт.
Следующий цикл работ – пробоподготовка, включающая, в зависимости от
физического состояния материала, ряд операций, например:
дробление, измельчение,
сокращение массы проб и т.д.
Пробоподготовка предполагает цикл мероприятий:
1. проверку указанных в паспорте масс исходных проб и размеров наибольших кусков
материала; расчет, соответствия начальных масс проб допустимой минимальной
массе;
2. выбор коэффициента к формуле расчета минимальной массы материала;
3. уточнение технологических операций, необходимых для испытаний;
4. конкретизация методики вещественного анализа.
Теоретические
основы
и
расчетные
формулы
определения
массы
проб
обстоятельно изложены в работе Д. А. Краснова [4], который при опробовании рудных
материалов придает важное значение не только размеру наибольших частиц руды и
степени неравномерности вкраплений, но и размеру вкрапленности, оценивая его в
относительных единицах и в зависимости от крупности всей рудной массы.
Процесс
пробоподготовки
рекомендуется
осуществлять
многостадийным
комбинированных методом, включающим, например, процессы, используемые
в
обогащении: седиментацию, отсадку, усреднение и т.д.
Для выявления необходимости сортировки и обогащения в тяжелых суспензиях, а
также для определения гранулометрического (состава пробы достаточно 30—50 кг
материала исходной крупности (—30 или —40 мм). Для пробирного, фазового,
минералогического и других анализов необходимо 8—10 кг материала крупностью —1
(—2) мм. Для микроскопического изучения и изготовления шлифов достаточно
осуществить окончательный пробоотбор из усредненной пробы после квартования.
Принципиальная схема подготовки пробы к исследованию составлена для
продуктов с неравномерной крупностью, при условии полидисперсности материала. В
этих условиях исходную пробу можно сокращать. После сокращения от одной части
пробы отбирают методом вычерпывания частную пробу для исследований, требующих
материал исходной крупности. От частной пробы отбирают навески, при необходимости
добавляют к ним в соответствующей пропорции вмещающие породы и испытывают такие
операции, как промывка, сортировка, обогащение в тяжелых суспензиях. Остатки от этих
испытаний можно включить в состав запасной пробы, если это не изменит ее состава.
Запасная проба может оказаться необходимой для более детального изучения сортировки
и обогащения в тяжелых суспензиях или для продолжения испытаний. Если по условиям
сохранения минимальной массы пробы сокращение без предварительного дробления
производить нельзя, то частную пробу следует отбирать от исходной массы. Остатки от
исследованной частной пробы в этом случае необходимо включать в основную пробу
перед ее дроблением.
Пробы при подготовке их к исследованиям подсушивают тогда, когда влажность
затрудняет дробление, грохочение или сокращение. Для технологических проб, как
правило, используют лишь воздушную подсушку.
Перед началом технологических испытаний целесообразно иметь график,
выражающий зависимость между продолжительностью измельчения и крупностью
материала, обычно характеризуемую ситом, через которое проходит 95—98 % материала,
и выходом класса —0,071 мм. Для построения графика проводят 3—4 опыта с различной
продолжительностью измельчения, например 10; 15; 20 и 25 мин. После измельчения руду
просеивают через крупные сита (0,4; 0,315; 0,2; 0,14 мм) для определения верхнего
предела крупности. Затем пульпу сокращают до навески твердого 150—200 г, сушат,
отбирают навеску 100 г и промывают ее через сито с размером отверстий 0,071 мм.
Остаток на сите высушивают и взвешивают. По разности определяют массу материала
крупностью —0,071 мм и долю этого материала (в процентах) во всей навеске. По оси
абсцисс на графике откладывают время измельчения, а по оси ординат—содержание
класса —0,071 мм. По графику можно определить необходимую продолжительность
измельчения для получения материала с заданным содержанием класса —0,071 мм.
Материал, прошедший этап пробоподготовки, исследуется с использованием
современных методов химического и фазового анализа и далее определяется его
вскрываемость
параметры.
путем
технологического
опробования,
моделирующего
основные
В процессе опробования были отобраны пыли конверторного, мартеновского и
доменного производств, химический состав которых определен экспериментально, (в %
масс.):
-
пыль конвертерного производства: Fe – 56; (FeO – 58,5; Fe2O3 – 14,8) CaO – 12,9; SiO2
– 2,26; Zn – 1,2; MgO – 2,9; Al2O3 – 0,4; S – 0,26; C – 2,12;
-
пыль доменного производства: Fe – 33,5; CaO – 5,4; SiO2 – 7,5; Al2O3 – 1,6; MgО – 1,5;
Zn – 3,8; C – 26,0; S – 0,6; Pb – 0,26;
-
пыль мартеновского производства: Fe – 36,5; CaO – 2,3; MgO – 1,9; Zn – 1,2; S – 0,9;
FeO – 0,29; Fe2O3 – 88; Al2O3 – 0,04.
Изучение
вещественного
и
химического
состава
пылей
мартеновского,
конвертерного и доменного производств осуществляли методами рентгеноструктурного и
минералогического анализов. Съемка рентгенограмм осуществлялась на рентгеновском
дифрактометре ДРОН-3М. Использовали монохроматизированное Fe-К-излучение.
Рентгенограммы получены от плоской поверхности вращающегося образца; напряжение
на трубке 30 кВ; ток 2,5 мА.
Запись рентгенограмм вели при скорости движения
диаграммной ленты 600 мм/час.
Изучение пылей мартеновского производства (образец 1) позволило установить,
что система дифракционных линий, теоретически отвечающая рентгенограмме магнетита,
в действительности, отвечает рентгенограмме магнезиоферрита (MgFe2О4) [2].
Рентгенограммы пылей конверторного и доменного производств (образцы 2,3) не
имеют принципиальных различий в дифракционной картине, и представлены, в основном,
линиями вюстита и магнетита. Состав вюстита отвечает, соответственно, Fe0,942O и
Fe0,954O.
Характер дифракционных линий вюстита (снижение интенсивности и расширение
линий с
увеличением угла отражения) свидетельствует о значительных нарушениях
трехмерной периодичности его кристаллов. Эти нарушения могут быть вызваны как
дисперсностью, так и высокой концентрацией дефектов кристаллической решетки. По
этой причине следует считаться с тем, что результаты определения состава могут быть
искажены, поскольку на величину периода решетки также заметное влияние оказывают
характер и концентрация микродефектов.
Что касается магнетита, то, в отличие от образца 1, здесь он соответствует составу
Fe3O4 , однако микроструктура его в сравнении с 1 явно нарушена, возможно, из-за
большей дисперсности.
Помимо линий вюстита и магнетита на рентгенограммах образцов 2, 3
присутствует ряд линий, в том числе достаточно интенсивные. Сильная, узкая линия c
межплоскостным расстоянием d = 3,37 - 3,38Å (имеющаяся также и на рентгенограмме
обр.1) принадлежит графиту, который
в этих образцах находится в виде тонких
кристаллов-чешуек, строго ориентированных плоскостями (000l) параллельно плоскости
образцов. В заметном количестве присутствует
-железо. Наличие кристаллического
графита в виде ориентированных чешуек и металлического железа подтверждается
микроскопическим (минералогическим) исследованием. Оставшиеся линии наилучшим
образом идентифицируются в предположении СаСО3 (в форме кальцита).
Дальнейшие исследования планируется, с учетом программы технологических
экспериментов,
ориентировать
на
изучение
полупродуктов
предполагаемого
технологического цикла переработки всех видов отходов основных производств.
Для создания технологии утилизации твердых отходов осуществлен сравнительный
анализ отечественных и иностранных литературных источников и получены следующие
результаты.
В
металлургической
гидрометаллургической
и
промышленности
пирометаллургической
применяются
переработки
способы
отвальных
цинк-
железосодержащих пылей, а также использование пылей в качестве вторичного
материального
источника,
готового
(в
зависимости
от
содержания
вредных
технологических примесей) к прямому возврату в основное производство.
Известны способы, предусматривающие использование отходов в виде суспензий
на заводах фирм USINOR в Дюнкерке, Франция, “British Steel” в Редборне,
Великобритания, “Dillinger Hüttenwerke” в Диллингене, “Thyssen AG” в Брукхаузене,
Германия, а также на Карагандинском металлургическом комбинате.
Ввод обладающих повышенными вяжущими свойствами распыленных влажных
шламов в аглошихту, улучшает окомковывание шихты, однако использование шламов
затруднено их транспортировкой, что приводит к загрязнению территории завода,
оборудования и помещений. При отсутствии возможности распыленного ввода
сгущенного шлама в аглошихту его обезвоживают методом фильтрования и сушат. Такие
схемы предусмотрены на Енакиевском металлургическом заводе, Челябинском и
Нижнетагильском
(НТМК)
металлургических
комбинатах.
Недостатком
этого
технологического процесса является пыление высушенных шламов при перегрузке и
транспортировке.
Одним из способов, позволяющих отказаться от термической сушки шламов,
является известный прием смешивания влажного материала со свежеобожженной
негашеной известью. Этот способ применяется на Тршинецком металлургическом
комбинате, Чехия, на металлургических заводах в Австрии. Технология известкования
аглодоменных шламов внедрена в агломерационном цехе НПО “Тулачермет”.
Известны и другие способы утилизации шламов в металлургическом производстве.
Так, например, известен способ подачи сталеплавильных шламов через фурмы печи в
расплавленный металл для рафинирования стали. Введение пыли с высоким содержанием
оксида железа позволяет увеличить выход стали.
Другим направлением переработки шламов черной металлургии является способ
подачи окомкованных отходов в сталеплавильные ванны.
Следует отметить, что применение указанных выше методов зачастую невозможно
без предварительного удаления вредных примесей, так как они уменьшают прочность
агломерата и окатышей, разрушают огнеупорную кладку, способствуют прогару фурм и
снижению производительности металлургических агрегатов. Для устранения указанных
выше проблем необходимо осуществлять предварительное удаление вредных примесей
цинка, свинца и щелочных металлов, производимое, и в том числе, применением
высокотемпературной термической переработки.
В
России
и
за
рубежом
для
удаления
вредных
примесей
из
цинк-
железосодержащих отходов используются гидро- и пирометаллургические технологии,
однако, в ряде случаев, как это имеет место для ОАО «Северсталь», применение
гидрометаллургических технологий не представляется рациональным, в связи с чем
интерес могут представлять следующие высокотемпературные способы переработки
цинк-железосодержащих пылей и шламов:
- пирометаллургичесчкие с температурой процесса 1100 - 1200 °С;
- обработка расплава в ванне при температуре 1600 - 1800 °С;
- переработка с применением низкотемпературной (3000 - 5000 °С) плазмы.
Наибольшее распространение получили способы, основанные на термообработке
шламов в восстановленной атмосфере, с получением металлизированного продукта и
улавливанием пыли, обогащенной цветными металлами.
Так, например, в металлургической промышленности для переработки вторичных
продуктов
металлургических
производств
применяется
способ
вельцевания,
отличающийся универсальностью процесса, простотой обслуживания, непрерывностью,
возможностью установки большеразмерных печей и механизации процесса.
Равномерный
прогрев
шихты
осуществляется
как
сверху
-
благодаря
экзотермическим реакциям окисления паров цинка и свинца, так и снизу - разогретой
футеровкой, а также продуктами горения углерода внутри слоя. При непрерывном
вращении печи шихта перемещается, обеспечивая тем самым хороший контакт материала
с восстановителем [1, 2, 3].
Недостатками процесса вельцевания являются большой расход дефицитного
топлива, вызванный необходимостью предотвращения расплавления шихты; трудности,
связанные
с
регулированием
температурного
режима
и
состава
шихты
для
предотвращения образования настылей.
Перевод цинка в летучее состояние может осуществляться только в интервале
температур ограниченном температурой кипения цинка (906 °С) и температурой
плавления шихты в печи. По мере размягчения шихты условия для улетучивания цинка
ухудшаются. Для отвержения шихты и предотвращения образования настылей процесс
вельцевания проводят с избытком твердого восстановителя. Оксиды цинка и свинца
удаляются из печи с отходящими газами и осаждаются в фильтрах в виде пыли.
Фирмами “Тиссен”, “Bercelius Metallhütten” и “Lurgi Chemi und Hüttentechnic”,
Германия, проведены промышленные опыты на установках для вельцевания. Шлам
доменной газоочистки и конвертерную пыль загружали грейфером в вагон, где
осуществлялись дозирование и предварительное перемешивание. Полученную смесь и
частично подсушенный конвертерный шлам подавали на контейерную ленту, куда
периодически добавляли небольшое количество угля. Затем смесь поступала в чашевый
окомкователь диаметром 3,15 м. Окатыши вместе с твердым восстановителем загружали
во вращающуюся печь длиной 41 м и диаметром кожуха 3,6 м. Выгруженный материал, не
содержащий цинка, охлаждали прямым погружением в воду. Запыленный отходящий газ
поступал со стороны загрузки печи в пылевую камеру для выделения крупных частиц
пыли, содержащей оксиды цинка и свинца. После удаления цинка материал крупностью
более 6,3 мм в количестве 20% был пригоден для проплавления в доменной печи, а мелочь
направляли на аглофабрику. Степень металлизации отобранных проб составляла 90% и
повышалась с увеличением основности.
Недостатком процесса являлось образование настылей на стенках печи, исключить
который удалось путем подбора оптимального режима работы печи. Для переработки
пылей металлургического производства в губчатое железо на заводе в Вакаяме, Япония,
используется процесс SDR. Во вращающейся трубчатой печи диаметром 0,46 м, длиной
6,57 м перерабатывают шлам кислородноконвертерного производства, доменной
газоочистки и сухую пыль, а в качестве восстановителя используют измельченный кокс
крупностью 15 мм. В шлам добавляют сухую пыль и измельченный кокс. Смесь подают в
сушильный барабан, затем сухую пыль измельчают в мельнице и смешивают с бетоном,
после чего шихта поступает в чашевой окомкователь. Полученные окатыши нагревают на
конвейерной ленте и загружают во вращающуюся печь. Губчатое железо, полученное во
вращающейся печи, охлаждают в воде. Производительность установки 20 тыс. т пыли в
месяц.
На заводе фирмы DOFASCO в Гамильтоне, Канада, количество скопившегося
шлама доменного, мартеновского и прокатного производства составляет 1 млн. т, в нем
содержится 15 тыс. т углерода. Утилизация этих отходов затруднена из-за присутствия
цинка, свинца, колебания влажности (10-25%) и загрязнения маслами и каменноугольной
смолой. Поступающие со склада отходы подсушивают во вращающейся печи, после чего
отсеивают материал крупностью более 6,35 мм, смешивают его с бетоном (2%) и
окомковывают. Окомкованный материал поступает в шахтный подогреватель, а затем во
вращающуюся печь, которая обогревается сжиганием коксового газа. При термообработке
окатышей углерод взаимодействует с оксидами железа и цинка с образованием
металлического железа, паров цинка и монооксида углерода, который дожигают над
слоем материала при подаче вторичного воздуха. Пары цинка с горячими отходящими
газами поступают в шахтный подогреватель, в котором цинк окисляется.
Многолетний
опыт
фирмы
“Бритиш
стил”,
утилизирующей
более
80%
железосодержащих отходов, показал, что высококачественный продукт, полученный из
отходов, должен содержать порядка 0,05% Zn; 0,2% Na2O; 0,2% K2O, иметь крупность 25 5 мм. Для получения такого продукта из отходов необходимо удалять 75% содержащегося
в них цинка, чтобы довести его содержание в шихте доменной печи до 450 - 454 г/т
чугуна.
Анализ
изложенного
показывает,
что
применение
в
мировой
практике
высокотемпературных процессов для переработки цинк-железосодержащих отвальных
пылей и шламов ориентировано на продукты с высоким содержанием железа и достаточно
высоким содержанием цинка.
Отвальные цинк-железосодержашие материалы ОАО
«Северсталь» содержат значительные количества железа (40-60 %), но, в тоже время,
относительно небольшие количества цинка (1-3 %), что делает их непригодными для
возврата в основное производство.
Учитывая имеющийся на комбинате ОАО «Северсталь» парк технического
оборудования
и
мировой
опыт
реализации
процесса
вельцевания
является
целесообразным изучение возможности применения вельц-процесса для переработки
отвальных цинк-железосодержащих материалов комбината.
Анализ отечественной и зарубежной практики утилизации цинксодержащих
отходов черной металлургии позволяет сделать заключение о целесообразности
использования в качестве головного аппарата трубчатых вращающихся или шахтных
печей.
Возможность применения для комбината ОАО «Северсталь» технологий, не
вписывающихся в основное производство, является экономически и технологически
нецелесообразным, так как ведет за собой необходимость создания дополнительных
технологических участков и производств, что также будет связано с образованием новых
источников загрязнения сточными водами подземных и поверхностных водных объектов.
Процесс шахтной плавки, являющийся достаточно эффективным для реализации
подобных задач, в металлургической практике применяется для переработки вторичных
материалов с относительно большим содержанием цинка [5] (до 20-25 %), и при среднем
содержании цинка в отвальных пылях ОАО «Северсталь» в пределах от 1-3 %, а также в
связи с необходимостью создания дополнительного производства, не позволит достичь
оптимального эколого-экономического эффекта.
С
учетом
проведенного
анализа
литературы
по
переработки
цинк-
железосодержащих отвальных пылей и шламов и технической базы комбината, наиболее
целесообразным представляется возможность реализации процесса переработки бедных (с
содержанием цинка 1-3 %) цинк-железосодержащих пылей во вращающихся трубчатых
печах, широко применяемых в практике ОАО “Северсталь” на известково-доломитово
производстве, после их реконструкции, с учетом особенностей проведения процесса
вельцевания.
Дальнейшие
исследования
были
ориентированны
на
предварительную
оптимизацию технологических параметров предлагаемой технологии; рассматривали:
 температурный режим процесса;
 тип и расход восстановителя – в качестве восстановителя для процесса вельцевания
может быть использована коксовая мелочь, антрацит, каменные и бурые угли и др.
восстановители, расход которых должен составлять 350-700 кг/т перерабатываемого
материала, при условии что 20-30% восстановителя расходуется на восстановительные
процессы, 30-40% на поддержание температурного режима в печи и 15-30%
- на
уплотнение шихты;
 тип и расход связующего – в качестве связующего может быть использован цемент,
бентонит (являющийся получаемом на комбинате технологическим материалом),
серосульфидная барда и др., расход которых колеблется в соответствии с
использованным материалом;
 продолжительность процесса – 1 – 2 часа;
 условия
ввода
реагентов
в
шихту
–
исследовались
различные
способы
шихтоподготовки (параметры процесса гранулирования, условия ввода восстановителя
в шихту и т.д.).
Учитывая поисковый характер работы, экспериментальную проверку вариантов
предполагаемого процесса осуществляли в периодическом режиме в два этапа - отработка
основного направления экспериментов на одном типе технологических отходов
(конвертерной пыли) в неподвижном слое и опробование и уточнение полученных
результатов для мартеновской, доменной и конвертерной пылей, а также их смеси в
подвижном слое.
Предполагаемый механизм высокотемпературной отгонки цинка может быть
представлен следующими стадиями:
 восстановление металлов из
окислов в присутствии
твердого
углеродистого
восстановителя в слое шихты;
 возгонка летучих соединений и металлов в газовую фазу;
 окисление металлов в кислородно-воздушной среде и переход их из газовой фазы в
твердые пылевидные оксидные соединения, которые легко выносятся газовым потоком
и улавливаются в рукавных фильтрах и кулерах.
Резюмируя изложенное, следует отметить что целесообразность промышленной
реализации предлагаемого промышленного варианта очевидна, однако, учитывая
масштабы производства, следует предусмотреть финансирование полного цикла НИР и
ОКР и экспериментальное моделирование процесса.
ЛИТЕРАТУРА
1. Абдеев М.А., Колесников А.В. Диффузия, сорбция и фазовые превращения в процессах восстановления
металлов. М.: Металлургия, 1981. С. 129-131.
2. Абдеев М.А., Колесников А.В., Ушаков Н.Н. Вельцевание цинк-свинецсодержащих материалов. М.:
Металлургия, 1985. 120 с.
3. Абдеев М.А., Юсупова А.И., Пискунов В.М., Колесников А.В. Извлечение ценных компонентов из отвальных
продуктов производства тяжелых цветных металлов. М.: Цветметинформация, 1980. 48 с.
4. Белоглазов И.Н., Баркан М.Ш., Бондарчук А.М., Скобелев В.Л., Саенко О.С., Архипов Н.А. Применение вельцпроцесса для переработки цинксодержащих пылей АО “Северсталь” // В сб. трудов 2-ого межд. симп. “Проблемы
комплексного использования руд” / СПГГИ (ТУ), 19-24 мая 1996. Санкт-Петербург. С. 190.
5. Извлечение цинка из пыли доменных печей, уловленной на фильтрах (Zeiler H.) Stahl und Eisen, 1955, № 15.
REFERENCES
1. Abdeev M.A., Kolesnikov A.V. The diffusion, sorption and phase transformations in metals recovery processes. M.:
Metallurgiya, 1981. 129-131 p.
2. Abdeev M.A., Kolesnikov A.V., Ushakov N.N. Waelz zinc-leadcontaining materials. M.: Metallurgiya, 1985. 120 p.
3. Abdeev M.A., Yusupova, A.I., Piskunov V.M., Kolesnikov A.V. Extraction of valuable components from the dumpproducts of heavy non-ferrous metals. M.: Tsvetmetinformatsiya, 1980. 48 p.
4. Beloglazov I.N., Barkan M.Sh., Bondarchuk A.M., Skobelev V.L., Saenko O.S., Arkhipov N.A. The use of Waelz
process for refining zinc-containing dusts AO "Severstal" / / In Sat Proceedings 2nd Intl. simplexes. "Issues of complex ores
using" / SPGGI (TU), 19-24 May 1996. Saint-Petersburg. , P. 190.
5. Extraction of zinc from blast furnace dust, trapped on the filters (Zeiler H.) Stahl und Eisen, 1955, № 15.