Переработка отходов нефтепереработки и нефтехимии 7 страница
Технология переработки шлаков цветной металлургии выбирается в зависимости от их состава и физико-химических свойств (вязкость, плавкость, фазовый состав, структура, энтальпия, электропроводность и др.). В промышленности для переработки шлаков с целью извлечения их ценных компонентов используются способы фъюмингования, вельцевания и электротермической обработки.
Процесс фъюмингованяя широко используется для переработки цинксодержащих свинцовых шлаков. Суть процесса заключается в том, что через слой расплавленного шлака, находящегося в шахтной печи, продувают под давлением воздух с угольной пылью. При этом воздух подают в количествах, недостаточных для полного сжигания угля, что приводит к образованию оксида углерода, восстанавливающего содержащиеся в шлаке оксиды металлов. Образующиеся пары металлов окисляются над расплавом воздухом до оксидов, уносимых газовым потоком из печи и отделяемых затем в пылеуловителях.
Работа шлаковозгоночной фъюминг-печи является периодической. Заливка жидкого шлака продолжается обычно 10-15 минут и с её началом производится подача в печь воздушной пылеугольной смеси, продолжающаяся 1,5-2 часа. В расплав можно вводить добавки твердых шлаков. По окончании продувки в течение примерно 10 минут производится выпуск шлака из печи, после чего шлак гранулируют непосредственно или после отстаивания с целью выделения бедного штейна при наличии в шлаке меди и серебра. Шахтные фъюминг-печи позволяют перерабатывать 250-700 т шлаков в сутки.
Переработка шлаков вельцеванием проводится в горизонтальных наклонных трубчатых вращающихся печах в присутствии восстановителя при температурах 1100-1200 °С. В таких условиях при непрерывном перемешивании реакционной массы протекают реакции восстановления цинка, свинца и редких элементов до металлов. Возогнанные пары металлов окисляются над шихтой до оксидов, уносимых из печи и улавливаемых в системах очистки газов. При вельцевавании переработке подвергают сырье с зернением 3-5 мм и кокс (50-55 % от массы шихты) с размером зерен до 15 мм. Приготовленную из этих компонентов шихту непрерывно загружают в печь, через которую она проходит в течение 2-3 часов. При недостатке тепла в разгрузочном конце печи устанавливают газовую (мазутную) горелку. В этом случае к технологическим газам добавляются топочные.
Присутствующий в шихте сульфид свинца сплавляется с сульфидами других металлов и образует штейн, стекающий к разгрузочному концу печи. Содержащиеся в шихте благородные металлы и медь в условиях процесса вельцевания не возгоняются и практически нацело остаются в твердом остатке вельцевания - клинкере, который при значительном содержании этих металлов затем перерабатывают с целью их извлечения. Степень извлечения свинца и цинка в возгоны при вельцевании составляет ≥ 90 %.
При электротермической переработке можно обрабатывать как жидкие (в отличие от вельцевания), так и твердые (в отличие от фъюмингования) шлаки. При переработке отвальных шлаков плавку ведут в руднотермических печах. Электроды печи погружаются в шлак, служащий телом сопротивления. Электротермическая переработка шлаков представляет собой восстановительный процесс взаимодействия расплава с находящимся на его поверхности коксом. В результате протекания при 1250-1500 °С ряда окислительно-восстановительных процессов происходит восстановление цинка, возогнанные пары которого направляются в конденсатор, где цинк превращается в жидкий металл, подвергаемый ликвации с последующим рафинированием или отливкой в чушки для отправки потребителям. Несконденсированный в металл цинк улавливается в виде пыли в пылеуловителях.
После возгонки цинка шлак сливают из печи и передают в отвал или на извлечение железа с одновременным использованием его силикатной части. Отделяемый штейн с достаточной концентрацией меди передается в медеплавильное производство. Свинец, отделяемый от цинка при ликвации, вместе с черновым металлом, образующимся в электропечи, передается на рафинирование.
Следует отметить, что перечисленные шлаковозгоночные процессы не обеспечивают полного извлечения всех ценных компонентов из перерабатываемых шлаков. Фьюмингование и вельцевание, в частности, позволяют извлекать из шлаков цинк и свинец, однако не обеспечивают необходимого их удаления, а также извлечения меди, благородных металлов и железа. Поэтому прошедшие переработку шлаки не являются отвальными. На практике эти процессы используют для переработки шлаков, образующихся при плавках медно-цинковых и свинцовых концентратов, так как значительное содержание в таких шлаках цинка и свинца обеспечивает рентабельность их извлечения.
Помимо перечисленных способов переработки шлаков цветной металлургии разработаны и продолжают разрабатываться другие способы, направленные на комплексное использование металлургического сырья: карбидотермический (осуществляемый в электропечах с использованием в качестве флюса известняка и коксика), цементационный (основанный на восстановлении оксидов металлов из шлаковых расплавов высокоативным углеродом, растворённым в специально добавляемом науглероженном чугуне, а также образующимся при разложения метастабильной фазы цементита Fe3C жидкого чугуна под слоем шлака), газоэлектротермический (обработка шлакового расплава в электропечи природным газом), флотация (для медленно охлажденных шлаков после их тонкого измельчения), магнитная сепарация (для клинкера процесса вельцевания) и др. Эти способы ещё не получили широкого промышленного применения, хотя ряд из них обеспечивает получение отвальных шлаков и, следовательно, возможность использования их силикатной части в качестве сырья для производства шлаковых плит и фасонных изделий (для полов и футеровки), минеральной ваты, металлошлаковых труб, шлакоситаллов, заполнителей бетонов и других строительных материалов. Технология соответствующих производств на основе шлаков цветной металлургии аналогична таковой, используемой при переработке шлаков чёрной металлургии. Некоторые шлаки цветной металлургии непосредственно могут перерабатываться в щебень, песок и другие строительные материалы, а в гранулированном виде - использоваться в цементном производстве.
Наряду с вышеизложенным разработка мало- и безотходной ресурсосберегающей технологии в цветной металлургии связана с совершенствованием, модернизацией и заменой пирометаллургических производств - внедрением в практику автогенных (плавка в жидкой ванне, взвешенная кислороднофакельная плавка, плавка в кивцэтных агрегатах — кислородно-взвешенная циклонная электротермическая плавка и др.) и гидрометаллургических процессов.
Перечисленные автогенные процессы в своем большинстве не обеспечивают получения отвальных шлаков, однако значительно сокращают вредное влияние пирометаллургических производств цветной металлургии на окружающую среду: некоторые из них позволяют существенно повысить содержание SO2 в отходящих газах и обеспечить таким образом возможность производства на базе последних серной кислоты, серы или жидкого диоксида серы.