Утилизация пыли от систем аспирации и газоочистки сталеплавильного производства

В настоящее время в России скопились миллиарды тонн промышленных отходов предприятий черной металлургии. Хотя многие виды отходов в процессе производственной деятельности обезвреживаются и утилизируются, но все-таки основная их часть складируется в отвалах, хвосто- и шламохранилищах. При этом накопленные отходы представляют собой крупный сырьевой источник для производства черных и цветных металлов, сопоставимый по содержанию полезных компонентов с природными месторождениями. [4]

В связи с этим решение вопросов повторного использования отходов горно-металлургических производств становится одной из самых актуальных проблем деятельности предприятий.

На предприятиях черной металлургии образуются такие виды промышленных отходов, как шлаки, керамический лом, сухая и замасленная окалины, шламы и пыли. Большая часть этих отходов поддается переработке. Так, например, металлические составляющие, извлекаемые из шлаков, керамического лома отправляются на переплав, остальные компоненты применяются в строительной сфере и используются для ремонта огнеупорного оборудования.

К наименее утилизируемой группе отходов сталеплавильного производства относятся дисперсные отходы, уловленные в системах очистки аспирационных и технологических выбросов в виде пыли. По своему составу эти отходы представляют собой мелкофракционные остатки минерального сырья и продуктов его переработки.

Целью производимых исследований является извлечение металлов из пыли от систем аспирации и газоочистки электросталеплавильного цеха (ЭСПЦ) и последующая утилизация железосодержащего остатка в основном производстве.

Для достижения цели отделом аналитических исследований Центра коллективного пользования Национального минерально-сырьевого университета «Горный» был проведен рентгенофлуоресцентный анализ проб пыли, который показал, что характерной особенностью является ее полиэлементный состав с высоким содержанием металлов (Fe, Zn, Cd, Cu и др.)

Последствия складирования в накопителях данного вида отходов заключаются в потерях ценных компонентов и загрязнении окружающей природной среды. Так, цинк является серьезным источником загрязнения поверхностных и подземных вод, обладая высокой подвижностью в почве.

Мониторинговые исследования показали, что при значениях pH более 6 происходит накопление цинка в почве в больших количествах благодаря взаимодействию с породообразующими элементами. В водорастворимое соединение цинк начинает переходить при значениях pH менее 6. [1]

Учитывая негативное влияние компонентов данного вида отходов на окружающую природную среду, ограниченные возможности по расширению объемов накопителей, а также истощение источников исходного минерального сырья, актуальными являются задачи разработки новых решений по переработке пыли ЭСПЦ.

В настоящее время утилизации подвергается лишь 1/3 часть образующейся в мире пыли сталеплавильного производства. [4]

Присутствие в пыли соединений цинка делает ее непригодной к использованию в основном производстве без его предварительного удаления.

Существует 2 способа извлечения цинка:   пиро- и гидрометаллургический.

В первом случае, восстановление цинка в промышленных условиях проводят только углетермически, используя в качестве восстановителя уголь или кокс.

Отделение цинка от других сопутствующих ему компонентов достигается благодаря тому, что во вращающихся трубчатых печах при высоких температурах и в восстановительной обстановке цинк переходит в газовую фазу. Пылегазовый поток по выходе из трубчатой печи попадает в пылевую камеру, где оседает грубая пыль (механический унос шихты), в кулера, где охлаждается наружным воздухом через стенки труб, а затем в рукавные фильтры, где улавливаются возгоны (вельц-оксиды). [2]

Главными недостатками пирометаллургического метода являются:

• -    цинк низкого качества (так как загрязнен примесями);

• -    высокие расходы на топливо и ремонт оборудования;

• -    необходимая подготовка материалов к основным операциям (шихтоподготовка);

• -    трудности, связанные с регулированием температурного режима;

• -    образование настылей на стенках оборудования;

• -    необходимость установки систем газоочистки. [3]

Во втором случае, гидрометаллургическое извлечение цинка включает совокупность ряда операций: растворение соединений цинка и других компонентов сырья в серной кислоте, отстаивание, сгущение и фильтрацию пульпы, очистку раствора сульфата цинка от примесей. [3]

Преимуществами    гидрометаллургического    метода    перед пирометаллургическим являются:

• 1)    возможности более полно и комплексно перерабатывать сырье;

• 2)    меньшие затраты удельной энергии

• 3)    на выходе - цинк лучшего качества;

• 4)    легче осуществимы природоохранные мероприятия;

• 5)    лучше условия труда (меньше пыление, ниже температура в производственных помещениях).

Цель процесса выщелачивания – обеспечение максимального извлечение цинка в раствор при минимальном извлечении других элементов.

Из-за того, что цинк в пыли ЭСПЦ находится в основном в виде сложного соединения - феррита цинка (ZnFe 2 O 4 ), который трудно вскрывается, то были выбраны наиболее жесткие условия выщелачивания: высокая температура и высокая концентрация раствора кислоты.

Для наиболее эффективного извлечения цинка было выбрано автоклавное выщелачивание, обеспечивающее высокие показатели. Использование повышенных температур и давлений обеспечивает сравнительно быстрое вскрытие цинк-железосодержащего сырья.

Проведя ряд опытов и проанализировав растворы, было доказано, что высокотемпературное сернокислое автоклавное выщелачивание пыли сталеплавильного производства, по сравнению с двухстадийным атмосферным выщелачиванием, дает возможность извлекать цинк в раствор выше 90%.

Автором работы предложена технологическая схема переработки пыли ЭСПЦ сталеплавильного производства, которая, помимо стадий выщелачивания и фильтрации, включает в себя подготовку железосодержащего кека для использования его в агломерационном или доменном производствах в качестве одного из компонентов шихты, а также получение полупродукта цинка для цинковых производств.

Эколого-экономическая эффективность разрабатываемого способа заключается в снижении объемов образующегося отхода и уменьшении нагрузки на окружающую природную среду, а также сокращении расходов предприятий на закупку исходного сырья для производства. Продажа сторонним предприятиям полученного полупродукта цинка даст возможность сократить срок окупаемости внедряемых природоохранных мероприятий.