Доменное пр-во
Электрометаллургия
Конвертерное пр-во
Разливка стали
Популярные материалы

Утилизация - переработка сталеплавильной пыли

На состав выносимой пыли существенное влияние оказывает состав шихты; это влияние особенно заметно при выплавке стали в дуговых сталеплавильных печах. При производстве высоколегированных марок стали в составе отходов заметна доля ценных легирующих элементов (Cr, Ni и т. д.). При переплаве обычной, неотобранной шихты (в основном покупного металлолома с большой долей бытового и амортизационного лома) в составе пыли высока доля цветных металлов, прежде всего Zn, РЬ, иногда также и Cd.

Переработка такой пыли требует особого внимания, так как, во-первых, просто использовать их в качестве добавки в шихту нельзя (это ухудшит качество стали); во-вторых, она не подлежит захоронению в земле, так как возможно отравление почвы (захоронение в земле в ряде стран запрещено); в-третьих, из такой пыли целесообразно извлекать содержащиеся в ней ценные (кроме железа) компоненты.

Современная промышленность использует ряд технологий, обеспечивающих переработку сталеплавильных пылей. Один из вариантов приведен на рис. 25.10.

Переработка плавильной пыли, содержащей цинк и свинец. Металлолом является главным источником поступления в сталеплавильные агрегаты таких примесей, как Zn и РЬ (попадающее в шихту оцинкованное железо, латунные и бронзовые детали, оболочки электрокабелей и т. п.). Цинк — температура плавления 419,5 °С и температура кипения 906 °С, свинец — температура плавления 327,4 °С и температура кипения 1725 "С.

Попадая в зону высокотемпературных металлургических реакций, свинец и особенно интенсивно цинк испаряются, окисляются и удаляются вместе с отходящими газами. Основная доля попавших с шихтой в агрегат цинка и свинца улавливается пылеулавливающими установками. И цинк, и свинец являются дорогими материалами, поэтому непрерывно разрабатываются все новые технологии по утилизации пыли, содержащей Zn и РЬ.

Рециклинг конвертерных газов и пыли по схеме VOEST-ALPINE
Рисунок. 25.10. Рециклинг конвертерных газов и пыли по схеме VOEST-ALPINE (Австрия):
1 — конвертер; 2 — бункер; 3 — котел; 4 — испарительный охладитель; 5 — вода; 6 — грубая пыль; 7 — электростатический осадитель; 8 — тонкая пыль; 9 — свеча; 10 — роторная печь для обжига; 11 — отделение газа; 12 — газгольдер; 13 — пресс для брикетирования; 14 — возврат пыли; 15 — выгрузка; 16 — брикеты

Около половины производимого цинка расходуется на защиту стали от коррозии (процесс цинкования), т. е. попадание цинксодержащих компонентов вместе с металлошихтой в сталеплавильные агрегаты неизбежно.

В связи с этим особо отметим значение так называемого автомобильного лома. Так, автопарк стран Западной Европы насчитывает более 140 млн. автомашин; ежегодно из строя выбывает около 10 млн. штук. После измельчения частей автомобиля сталь легко отделяется путем магнитной сепарации, полученный металлолом обычно используется в качестве шихты в дуговых печах. При переплаве такой шихты улавливается 10-25 кг/т дисперсной пыли, содержащей 10—35 % Zn, а также РЬ и Cd. По прогнозам, в начале XXI в. в электросталеплавильных цехах Западной Европы будет улавливаться более 700 тыс. т такой пыли.

Объем амортизационного лома в мире в 1994 г. достиг 272 млн. т, и он непрерывно возрастает (в настоящее время амортизационный лом — это единственный вид лома, количество которого возрастает). Такие же процессы и тенденции характерны теперь и для нашей страны.

В промышленно развитых странах доля листов с покрытиями составляет более 40 % от выпуска и в перспективе возрастет до 60-80 %. Задача заключается в том, как организовать утилизацию отходов (плавильной пыли), содержащих Zn. С точки зрения потребителя (и переработчика) этих отходов, чем выше в них концентрация Zn и РЬ, тем рентабельнее их утилизация.

Для удовлетворения этих запросов используют:

  • а) специальный предварительный отбор металлошихты с высоким содержанием цветных металлов;
  • б) многократное использование пыли с целью повышения в ней концентрации этих элементов.

На некоторых заводах Западной Европы используют технологию, сущность которой заключается в следующем. Технологические газы проходят через газоочистки с рукавными фильтрами; уловленная пыль собирается в специальном бункере и используется вновь: вскоре после расплавления лома ее вдувают в зону раздела металл—шлак. Для улучшения процесса пневмотранспорта используют смесь пыли и угля (рис. 25.11).

Операция вдувания продолжается около 10 мин. Учитывая, что образуется 15-20 кг пыли на 1 т стали, для 140-т печи за это время необходимо вдуть примерно 2,5т отходов. Практически весь цинк, содержащийся во вдуваемых отходах, испаряется и переходит во вновь образующуюся пыль. Таким приемом удается повысить концентрацию цинка в отходах примерно в 1,5 раза.

Схема установки для вдувания цинксодержащей пыли в ванну 140-т дуговой печи
Рисунок. 25.11. Схема установки для вдувания цинксодержащей пыли в ванну 140-т дуговой печи:
1 — пыль; 2 — уголь; 3 — смесь пыли и угля; 4 — дозатор; 5 — питатель; 6 — ДСП

На ряде предприятий используют методы двустадийного или одностадийного вельцевания; в результате получают полупродукт («грязный» оксид цинка), из которого при повторной обработке можно получать чистый цинк.

Процесс вельцевания обеспечивает извлечение из отходов цинка и других металлов, предназначенных на продажу. Остаток с железом возвращают в печь. В системах переработки с пламенным реактором извлекают оксид цинка, а железо остается в виде оксидов в шлаке.

В конвертерном производстве доля металлолома (в том числе содержащего примеси цветных металлов) обычно невелика; соответственно меньше шансов улавливать пыль с высоким содержанием цинка.

На ряде заводов практикуется такая система: отходы с низким содержанием цинка (менее 0,5 %) используются в доменном производстве, а отходы, содержащие цинка более 0,5 %, — в конвертерном, где цинк можно концентрировать во вновь образующихся отходах и потом эту «обогащенную» цинком пыль направлять для последующей переработки.

Переработка пыли, содержащей хром и никель

При производстве в электропечах высоколегированных марок стали (например, нержавеющих) уловленные отходы помимо цинка, свинца, кадмия и т. п. содержит такие ценные компоненты, как хром, никель и др. Для утилизации такой пыли разрабатываются специальные технологии.

Так, на одном из итальянских заводов для переработки отходов, образующихся при выплавке нержавеющих марок стали, установили переплавную плазменную печь постоянного тока, которая ежегодно перерабатывает около 20 тыс. т отходов.

Получают сплав (в зависимости от состава отходов), содержащий, %: Сг 8— 16; Ni 2-8; Мп 2-4; С 3-5. Состав шлака при переплаве, %: СаО 40—45; SiO2 25-30; Cr2О3 около 2. Улавливаемая в процессе переплава плавильная пыль содержит более 50 % ZnO и около 6 % PbО.

Переработка пыли при ее нагреве в вакууме

В Японии разработан процесс, названный VHR-процесс.

Ежегодно только в дуговых печах Японии образуется около 450 тыс. т пыли. Пыль электропечей, основная составляющая шихты которых — металлолом, содержит в среднем 32 % Fe и 23 % Zn. Кроме этого в печной пыли в значительных количествах содержатся опасные для окружающей среды компоненты, в числе которых свинец (2,2 %), хром (0,36 %), кадмий (0,024%), хлор (3,14%). VHR-npoцесс проводят в несколько этапов:

  • 1) сухую пыль выдерживают при температуре 500-900 °С в течение 3 мин в вакууме при давлении 133 Па (1ммрт. ст.); на этом этапе из отходов удаляются натрий, калий, свинец и его соединения (PbО, PbCl2, PbF2);
  • 2) ведут восстановление цинка; в качестве восстановителя выступают Fe и FeO;
  • 3) испарившийся восстановленный цинк конденсируют в конденсаторе при температуре, превышающей температуру кипения цинка (при том же низком давлении);
  • 4) оставшийся после удаления из пыли цинка железистый продукт брикетируют и используют в составе металлошихты при выплавке стали.

Степень удаления цинка из отходов при такой технологии приближается к 100%.

Переработка пыли в процессах ПЖВ

Существует несколько вариантов организации процесса жидкофазного восстановления железа из железорудных материалов. В некоторых из них предусмотрена возможность использования в шихте плавильной пыли.

При разработке технологии ROMELT на Новолипецком металлургическом комбинате проводились специальные плавки по переработке цинксодержащих шламов из газоочисток конвертерных цехов. Шихта содержала 24 % Fe, 7,6 % ZnO, 0,85 % РЬО, а также щелочные элементы в виде оксидов калия и натрия в пределах 1,0— 1,1%. Получался нормальный чугун, в котором содержание цинка было менее 0,02 %. Содержание цинка в тонкой фракции пылей газоочистки превышало 70 %.

Японской фирмой Kawasaki Steel Corp. разработан процесс жидкофазного восстановления, специально предназначенный для переработки пыли и шламов конвертерного производства (рис. 25.12). Печь содержит два ряда фурм: нижний — для перегрева жидкой ванны до температуры более 1500°С, верхний — для вдувания пыли. Между фурмами находится зона интенсивного восстановления трудновосстановимых оксидов.

При переработке хром- и никель-содержащих пыли и шлама достигнута степень извлечения хрома 98 % и никеля 100 %.

Схема процесса жидкофазного восстановления для переработки пыли и шламов конвертерного производства
Рисунок. 25.12. Схема процесса жидкофазного восстановления для переработки пыли и шламов конвертерного производства:
1 — пыль; 2 — горячее дутье; 3 — воздух для дожигания; 4 — кокс; 5 — брызгала; 6 — коксовый пирог; 7 — жидкий шлак; 8 — жидкий металл; 9 — газ для использования; 10 — цинк на утилизацию; 11 — шлак; 12 — металл; 13 — восстановление и испарение цинка

Использование методов гидрометаллургии

Извлечение цинка, свинца и других примесей цветных металлов из сталеплавильных отходов может быть осуществлено и с использованием методов гидрометаллургии. По одному из вариантов технология включает в себя выщелачивание цинка, свинца, меди, кадмия и кальция раствором уксусной кислоты с образованием соответствующих растворимых комплексов металлов и последующее сульфидное осаждение тяжелых металлов сероводородом Н2S. Переработка цинксодержащей пыли методами гидрометаллургии реализована на некоторых заводах Италии и США.

Пыль подвергают выщелачиванию в растворе хлорида аммония. Для цинка реакция имеет вид

  • ZnO + 2NH4Cl = Zn(NH3)2Cl2 + Н2О.

Другие металлы (свинец, кадмий, медь) реагируют с хлоридом аммония аналогично. Степень экстракции цинка составляет 60—80 %. Твердый остаток (состоящий в основном из оксидов железа и ферритов цинка) высушивают, окомковывают с углем и вводят в шихту дуговой печи, при плавке в которой ферриты цинка диссоциируют, цинк испаряется и удаляется вместе с технологическими газами в систему газоочистки (где цинксодержащая пыль опять улавливается).

Выщелачивающий раствор, в свою очередь, поступает в электролизные ванны, где цинк осаждается на титановых катодах:

  • Zn(NH3)2Cl2 + 2/3NH3 >Zn + 2NH4Cl + 1/3N2.

В названиях ряда процессов по извлечению цинка используется аббревиатура ZINCEX.

По мнению многих специалистов, наиболее экономичный процесс утилизации цинка из отходов должен включать предварительный отбор оцинкованных изделий, обработку их в растворе горячей щелочи и проведение последующей электрохимической обработки.

Производство стекла

Утилизация сталеплавильной пыли может быть организована совершенно по-иному. Так, в 1991 г. в США организована фирма по производству стекла и стеклянных изделий. Используемый в данном производстве процесс заключается в том, что отходы сталеплавильных цехов (пыль, шлаки, отходы огнеупоров) дробят, перемешивают и затем расплавляют в пламенных печах, в которых получают расплавы, идущие на изготовление цветных стеклянных изделий, используемых в декоративных целях, а также цветного кирпича, стеклянных фильтров и др.

В зависимости от состава шихты получаемый материал содержит различное количество таких примесей, как медь, кобальт, хром, никель, сурьма, цинк, ванадий и т. д.

Читать далее >>

Источник [6] → список литературы.

Читайте также:

Вернуться в начало раздела: Охрана природы и ресурсосбережение в металлургии
Вернуться на главную: Черная металлургия