Экология/ 4. Промышленная экология и медицина труда

К.т.н. Валеев В.Х., к.т.н. Сомова Ю.В., Колесников В.Ф.

Магнитогорский государственный технический

университет им. Г.И. Носова, Россия

ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ ШЛАМОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

В ближайшие годы качество окружающей среды станет одним из ключевых факторов конкурентоспособности страны и каждого российского региона.

Производсвенно-хозяйственная деятельность современного горно-металлургического комплекса сопровождается интенсивным загрязнением окружающей среды и ее трансформацией техногенезом. В процессе переработки железорудного сырья на всех переделах образуется значительное количество железосодержащих отходов в виде пылей и шламов горно-обогатительного производства, газоочистных сооружений и сточных вод агломерационных фабрик, доменных и сталеплавильных цехов, цехов прокатного производства. Выход данного вида отходов составляет около 1% от массы сырья и полуфабрикатов, заданных в переработку, или 7–8% конечного объема производства металлургических предприятий. На ОАО «ММК» выход таких отходов составляет более 1,2 млн. т в год, которые улавливаются в очистных устройствах и сооружениях различного типа.

Как видно из таблицы, отходы доменного и прокатного производств, а также шламы донных отложений являются ценным металлургическим сырьем. Однако, наличие в этих отходах вредных примесей – цинка и нефтепродуктов ограничивают их повторное использование, что влечет за собой складирование этих отходов в шламонакопителях и создает предпосылки для загрязнения окружающей среды.

Таблица

Химический состав шламов

Содержание компонентов, %	Шлам мокрой очистки доменного газа	Шлам мокрой очистки конверторного газа	Шлам донных отложений
Fe общ. FeO Fe2O3 CaO SiO2 Al2O3 MgO S P ZnO Нефтепродукты	42,8 8,2 59,7 7,7 6,8 0,6 1,2 0,22 0,021 0,4–1,1 -	54,2 50,3 21,6 16,8 2,3 0,29 0,5 0,19 0,018 0,7–1,5 -	59,4–71,5 3,8– 5,0 0,69–7,3 0,49–0,53 0,1–0,78 0,14–0,17 0,43-0,64 0,090 0,012 0,042 1,5–5,0

Авторами предлагаются технологии переработки цинксодержащих шламов металлургического производства и замасленных шламов донных отложений. В технологиях переработки поставленные цели достигаются использованием в обогатительных схемах ротационно-пульсационно-кавитационного аппарата непрерывного действия (РПКАНД) [1]. Общий вид аппарата представлен на рис.1.

РПКАНД относятся к средствам, обеспечивающим интенсификацию технологических процессов. РПКАНД на стадии дезинтеграции обеспечивает воздействие на пульпу гидродинамических пульсаций, акустических волн, резонанса, а так же кавитационное воздействие, при этом минеральные частицы, находящиеся в обрабатываемой пульпе измельчаются, происходит их гидратация, меняется фазовый состав, а также меняется форма частиц, в результате получаем отделенные друг от друга с зачищенными поверхностями минеральные частицы железа. Процесс дезинтеграции минерального вещества, в аппаратах РПКАНД необходим для того, что бы последующие стадии обогащения проходили более эффективно и давали необходимый результат.

Рис. 1. Центробежный ротационно-пульсационный дезинтегратор:

1 – корпус; 2 – крышка; 3 – подвод;4 – конусное днище; 5,6 – рабочие колеса

(роторы); 7,8 – диффузоры; 9 – защитная футеровка; 10 – опорное колесо;

11 – стакан подшипника; 12 – опора стакана; 13 – шкив; 14 – электродвигатель

В процессе проведения работ, по дезинтеграции шламов горного и металлургического производств в РПКАНД, использовались различные режимы его работы и соответственно получали различные результаты. Так при изменении соотношения твердого к жидкому (Т:Ж) в интервале 1:(2–4) и избыточном давлении на входе в РПКАНД в пределах 2–5 атм., оптимальный результат получили при следующих параметрах: соотношение Т:Ж как 1:3 при избыточном давлении на входе в РПКАНД 5 атм..

Ниже представлена технология переработки цинкосодержащих отходов металлургического производства [2]. Принципиальная технологическая схема показана на рис.2. данной схеме переработки использован комбинированный флотогравитационный способ обобщения цинкосодержащих пылей и шламов с использованием на стадии дезинтеграции исходного сырья РПКАНД.

Процесс обогащения цинкосодержащих пылей и шламов проходит по следующей схеме. Пыли и шламы из мест складирования, а также текущие шламы, в виде пульпы по трубопроводам насосами подаются в РПКАНД, в котором происходят вышеописанные процессы разделения минерального сырья на микронные составляющие. После проведенной дезинтеграции материал поступает в комбинированную флотомашину специальной конструкции (КФМ), где происходит стадиальная флотация минералов цинка пузырьками воздуха и их переход в пенный продукт. Цинк удаляется с пенным продуктом, причем, в результате проведенных исследований было установлено, что процесс флотации в КФМ проходит эффективно даже без применения какого-либо дополнительного реагентного режима флотации. Однако, в каждом конкретном случае обогащения цинкосодержащего материала, для усиления эффекта флотации целесообразно применять известные фотореагенты. Камерный продукт флотомашины подвергается классификации в гидроаэролифтном классификаторе (ГАМ) на мелкую и крупную фракции, которые на следующей стадии обогащения (каждая фракция в отдельности) подвергаются мокрой магнитной сепарации на сепараторах стандартной конструкции с постоянными магнитами. В результате

Рис.2. Принципиальная технологическая схема переработки

цинксодержащих отходов металлургического производства

получаем кондиционный железосодержащий концентрат, очищенный от цинка, как вредной примеси, кондиционный цинковый флотоконцентрат и отвальные хвосты.

В технологии переработки замасленных шламов донных отложений [3] использован комбинированный флото-дезинтеграционный способ переработки также с использованием РПКАНД. В дальнейшем РПКАНД будут использованы в каждой стадии переработки замасленных шламов донных отложений. Процесс переработки проходит по следующей схеме (рис.3). Замасленные шламы из мест складирования, а так же текущие в виде пульпы по трубопроводам насосами подаются в РПКАНД. После проведенной дезинтеграции материал поступает в комбинированную флотомашину (КФМ), где происходит стадиальная флотация углеводородных соединений пузырьками воздуха и их переход в пенный продукт, т.е. с пенным продуктом удаляются загрязняющие замасленные шламы углеводородные соединения. Причем в результате проведенных работ было установлено, что процесс флотации в КФМ проходит эффективно даже без применения какого либо дополнительного реагентного режима флотации. Однако, в каждом конкретном случае переработки замасленных про шламов, для усиления эффекта флотации целесообразно применять известные флотореагенты.

Рис.3. Принципиальная технологическая схема переработки

Замасленных шламов донных отложений

Далее камерный продукт флотомашины подвергается еще одной стадии дезинтеграции в РПКАНД. Этот процесс необходим для максимального раскрытия минералов железа и удаления с их поверхности загрязняющих углеводородов т.к. замасленные шламы являются мелкодисперсными, поэтому одностадийная дезинтеграция необходимого эффекта не дает. Далее проходит магнитная сепарация на магнитных сепараторах с постоянным магнитным полем, получаем хвосты и готовый для дальнейшего использования железосодержащий продукт. Пенный продукт с КФМ так же подвергается дополнительной дезинтеграции, т.к. с пенным продуктом уходит часть мелкодисперсных замасленных шламов. Далее проходит процесс флотации во флотомашине, в результате получаем пенный продукт, в виде углеводородов для дальнейшего использования и камерный продукт, который направляется на мокрую магнитную сепарацию с получением отвальных хвостов и готовый для дальнейшего использования железосодержащий продукт. По данной технологии оформлена заявка на патент.

Для реализации предлагаемых схем переработки металлургических шламов была создана опытно-промышленная установка. Общий вид установки показан на рис.4.

Рис.4. Общий вид опытно-промышленной установки

При проведении опытных исследований предлагаемых технологий на данной установке были получены положительные результаты.

При переработке опытной партии цинксодержащих шламов доменного производства был получен железосодержащий промпродукт с содержанием железа 62.4% и цинка – 0.18%, а замасленных шламов донных отложений – железа 65.3% и нефтепродуктов – менее 0.3%. В дальнейшем, полученный промпродукт можно использовать совместно с крупнодисперсной прокатной окалиной в качестве основного компонента шихты для изготовления железосодержащих брикетов различного назначения известными способами.

Литература:

1. Патент № 2203140 Россия. С2 7В03 В 5/00. Центробежный ротационно-пульсационный дезинтегратор / В.Ф. Колесников, С.Р. Калмукашев, З.А. Нургалив. – Опубл. 7.04.2003. Бюл. № 12.

2. Патент № 2340403. Россия. В03В 9/06 С22В 19/30. Способ переработки цинксодержащих пылей и шламов металлургического и горного производства/ В.Х. Валеев, В.Ф. Колесников, Ю.В. Сомова и др. – Опубл. 10.12.2008. Бюл. № 34.

3. Пат. № 2393923 Россия. С1. Способ переработки замасленной прокатной окалины и замасленных шламов металлургического производства /В.Х. Валеев, В.Ф. Колесников, Ю.В. Сомова и др. – Опубл. 10.07.2010. Бюл. № 19.