Шлакопереработка и утилизация металлургических шлаков
Шлакопереработка и утилизация металлургических шлаков
Особенности утилизации и переработки шлака
Шлакопереработка и утилизация металлургических шлаков получили в мире широкую известность. На современных металлургических заводах не только утилизируются все образующиеся шлаки, но и постепенно перерабатываются и старые шлаковые отвалы. В шлаковых отвалах на заводах по всей стране еще хранятся миллионы тонн шлака, а отвалы занимают огромные площади. Переработка и использование шлаков в настоящее время представляют собой самостоятельную отрасль металлургического производства, позволяющую сократить эти огромные площади и очистить окружающий мир от загрязнения.
На данный момент важность шлаковых пород достаточно велика, чтобы игнорировать их преимущества. Спросом пользуются отвальные доменные шлаки – образующиеся при сливе отходов в отвал и его последующей разработке.
Практикой доказана ценность доменного шлака как сырья в строительстве. В данный момент на всех металлургических предприятиях налажена переработка шлаков в необходимую продукцию: гранулированный шлак (граншлак), щебень, пемзу, минеральную вату, литье, брусчатку, высокоглиноземистый щебень и другие виды изделия.
Шлаковый щебень — второй по объему продукт переработки доменных шлаков. Щебень из доменного шлака является весьма полезным заполнителем для бетона; он повышает некоторые технологические характеристики бетонной смеси. Используемый для строительства и ремонта автомобильных дорог шлаковый щебень по своим свойствам не уступает щебням твердых пород, в некоторых случаях он их даже превосходит.
Сталеплавильные шлаки. Побочный продукт сталеплавильных процессов представляет собой расплав оксидов, содержащийся в чугуне и металлургическом ломе. Такие шлаки обладают рафинирующим действием и очищают сталь от таких вредных примесей, как фосфор и сера. Одновременно с этим они защищают металл от окисления газовой фазой.[1]
Шлаковую пемзу используют для изготовления легких бетонов. Бетон при добавлении этого заполнителя приобретает более высокую плотность и меньшую теплопроводность по сравнению с равным по прочности легким бетоном.
Важными и эффективными теплоизоляционными материалами являются минеральная вата и продукты на ее основе. Основополагающим сырьевым компонентом минераловатной промышленности являются кислые доменные шлаки, которые полны кремнезема и глинозема.
Проблема утилизации, переработки отвальных шлаков и извлечения из них металлических компонентов со следующим использованием их в качестве вторичного сырья является одной из основополагающих в металлургии. Данная проблема имеет несколько аспектов. Во-первых, металл, извлеченный из металлического шлака, гораздо дешевле металла, извлеченного из руды в результате целого ряда технологических переделов. Это позволяет сделать выбор в пользу шлака с экономической точки зрения. Также, металл из шлака получить проще в связи с низкими затратами времени и ресурсов. Во-вторых, после извлечения металлов из шлака он может быть выгодно утилизирован. Наконец, полезная переработка шлаковых отвалов дает возможность освободить территорию, занимаемую отвалами, или уменьшить ее до малых пределов, т.е. улучшает и экологическую обстановку в отвальной зоне и вокруг нее.
Способы переработки шлаков.
Известен способ переработки металлургических шлаков путем введения шлаков в расплав, нагретый до температуры выше плавления металла и обработку расплава присадкой, которая разделяет оксиды и металл. Такой способ технологически сложен, очень энергозатратный, а в случае переработки отвальных шлаков предполагает их встречную транспортировку из отвала к плавильному цеху, что крайне нерационально.
Более выгодными являются способы переработки отвальных шлаков с применением механического воздействия на них в автономной зоне, не связанной с плавильным цехом, т.е. на отдельном заранее подготовленном технологическом участке.
Также известен способ переработки отвальных шлаков, содержащих вольфрам, никель, хром, железо, представляет собой последовательные операции дробления, измельчения, спекания с содой, автоклавного выщелачивания и фильтрации. Данный способ предусматривает не только механическое воздействие на шлаковый материал, а также и тепловое, и химическое воздействие, что делает технологию извлечения полезных металлов более энергоемкой. [2]
Стандартный состав и структура отвальных шлаков, в частности, электрометаллургического производства, и опыт их переработки позволяет определить, что достаточно высокой степени извлечения металлов из шлака можно достичь, используя строго механическое воздействие на шлаковый материал. Металл в шлаке находится в форме корольков, т.е. частиц металла, заключенных в оболочку неметаллического материала (собственно шлака). Помимо этого, шлак содержит включения металлического скрапа, который попадает в шлак в процессе его скачивания из плавильной емкости. Эти включения бывают достаточно крупными, и их извлечение из материала шлакового отвала может производиться без применения специальных методов сепарирования путем простой выборки.
Третий способ переработки отвальных шлаков, при котором шлак подвергают дроблению, дополнительному измельчению и последующей воздушной сепарации. Стоит отметить, что этот способ требует определенных температурных условий для эффективного разделения металлического и неметаллического материала, поэтому переработка шлака должна выполняться сразу после его получения, а уже остывший в шлаковом отвале шлак с помощью этой технологии переработать нет возможности.
Наиболее приближенным по технической сущности является способ переработки отвальных шлаков, включающий дробление до размера куска не более 150 мм, рассев по фракциям, сепарацию фракций.
Четвертый способ представляет сепарацию относительно крупных и средних фракций, в связи с чем степень извлечения металлов из шлака сравнительно высока (85,3%). Стоит учесть, сепарация в предыдущем способе производится радиометрическим сепаратором, что может быть эффективно только для немагнитных сплавов и металлов, следовательно, железо при этом способе извлекаться не будет. Для дробления сталеплавильных шлаков с целью получения щебня предложено мокрое самоизмельчение в мельнице. Неостывший, но затвердевший шлак крупностью 0—350 мм и более поступает в мельницу, в которую постоянно подается вода.
Шлак подвергают выборному дроблению, например, в роторной дробилке, при котором металлические включения раскрываются за счет того, что зерна шлака разрушаются эффективнее металлических. После этого продукты дробления разделяют на фракции и подвергают повторной магнитной сепарации. Избирательное дробление промежуточного продукта и возврат его на повторную магнитную сепарацию позволяет увеличить извлечение металла из шлака и выход кондиционного металла. [3]
Благодаря многим различным способам утилизации и переработки шлаков появилась выгодная возможность реализовать вторичное сырье и решить проблему шлаковых отвалов, что сыграло огромную роль в экологическом плане. Также большое преимущество состоит в том, что различные способы позволяют подойти к процессу переработки и утилизации с разных сторон, в зависимости от того, какие условия есть для реализации этой переработки и что в итоге необходимо получить.
1. Переработка шлаков и безотходная технология в металлургии М.: Металлургия,1987. — 8 с. Панфилов М.И., Школьник Я.Ш., Орининский Н.В., Коломиец В.А., Сорокин Ю.В., Грабеклис А.А.
2. Способ переработки отвальных металлургических шлаков: пат. 2117708 Рос. Федерация: МПК-8 C22B7/04 C21C5/54 Борин Б.Ф., Галкин М.П., Игнатов Н.Н., Ларионов, В.С., Небольсин В.А., Степанов А.В.; заявитель и патентообладатель Ларионов Валерий Семенович; заявл. 1997-12-17; опубл. 20.08.1998.
3. Способ переработки шлака: пат. 2298586 Рос. Федерация: МПК-8 C22B7/04B03B9/04 B03C1/00 Святов Болат Аманжолович (KZ), Гриненко Валерий Иванович(KZ), Петлюх Петр Степанович (KZ), Есенжулов Арман Бекетович (KZ), ГрабеклисАльфред Альфредович (RU), Демин Борис Леонидович (RU).; заявитель и патентообладатель ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО “УРАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МЕТАЛЛОВ”; заявл. 2004-02-17; опубл. 10.05.2007.
Источник
Переработка шлаков — комплексные решения
Минусы:
|
|
Недостатки:
|
|
Разработка / поставка комплекса оборудования, отдельных установок для переработки шлаков черной / цветной металлургии, извлечения и отделения друг от друга черных (Fe) и цветных (N-Fe) металлов, производства качественного кубовидного шлакового щебня и песка, измельчения отсева для использования в других областях промышленности (производство цементов, клинкера, красителей, изоляционных материалов и прочее);
Разработка / поставка комплекса оборудования или отдельных установок для утилизации шламов (конвертерные шламы и прочие);
Степень извлечения корольков металла до 85-100% (в зависимости от эконом. эффективности проекта и необходимой степени раскрытия шлака);
Разделение конечных продуктов по индивидуальным признакам (магнитный, слабомагнитный, немагнитный, с определенным % содержания целевого продукта и прочими индивидуальными признаками);
Эффективное «раскрытие» кусков шлака размером до 900 мм и более;
Работа комплекса оборудования в автоматическом режиме без необходимости сложных систем автоматизации;
Уникальные возможности работы с недробимым материалом — допустимые размеры по толщине скрапа составляют до 350 мм, по длине / ширине до 500-900 мм и более в зависимости от толщины скрапа и типа оборудования применяемого в комплексе;
Высокая степень очистки извлеченного скрапа (Fe / N-Fe) от шлака, степень чистоты ≥ 85-95%;
Кубовидная форма шлакового щебня;
Селективное дробление и получение минерального конечного продукта (щебень) в заданном диапазоне фракций (0-5 мм, 5-20 мм, 20-40 мм, 40-70 мм и т.д.) с отсутствием или минимумом превышения по размеру;
Результат:
Качественный конечный продукт (металлический скрап, щебень и т.п.);
Снижение затрат на переработку;
Снижение площадей отвалов и высвобождение земель для их более эффективного использования;
Забота об окружающей среде в виде конкретного результата (снижение уровня загрязнений почв, воды, воздуха, уменьшение кол-ва пыли, улучшение качества жизни и т.д.);
Источник
Шлаки в металлургии
Силикатные материалы, получаемые при выплавке из руд металлов, называются металлическими шлаками. Они обладают разными свойствами, в зависимости от процесса их получения, химического состава руды и других факторов. Эти искусственные силикаты состоят из оксидов железа, алюминия, кремния, магния, кальция, серы, марганца и др. В зависимости от процентного соотношения этих окислов, скорости и условий остывания шлаков, они могут получать свойства вулканической пемзы или твёрдого гранита, а также рассыпаться в порошок. Их цвета бывают подобными горным породам: белые, жёлтые, чёрные, зелёные, серые, розовые, серебристые, сиреневые, перламутровые и др. Они могут быть разной плотности, пористости, тяжёлыми или лёгкими. Их удельный вес близок к природным камням. По химическому составу бывают основные, кислые, нейтральные.
Шлаки чёрной металлургии
• Доменные – получают при выплавке чугуна. Представляют собой расплавы силикатные или алюмосиликатные. Из-за низкой плотности (в 2 раза меньше, чем у чугуна) они образуются сверху над расплавленным слоем чугуна и периодически удаляются через летку. Возможность его использования зависит от химического состава и способа выхода из домны. Он может при охлаждении получить свойства плотного камня или постепенно рассыпаться в порошок. Плотный материал используется в качестве щебня, стоимость которого значительно меньше натурального, а свойства не уступают. Для проверки пригодности доменных шлаков в производство щебня проводится специальный контроль его качества.
• Сталеплавильные – побочный продукт при любом способе получения стали в открытых агрегатах. Состоит из нелетучих различных оксидов с меньшей плотностью, чем сталь, которые собираются на поверхности расплава. Их источники: продукты, полученные при окислении примесей, содержащихся в чугуне и ломе, добавочные окислители и материалы, внесённые загрязнения (миксерный шлак, песок) и др. Содержат большее количество оксидов железа (20 %) и марганца (10 %).
• Ваграночные образуются при плавке чугуна в вагранке из продуктов окисления чугуна, золы кокса, остатков в виде пригара формовочной смеси, флюса. Основные составляющие ваграночного шлака – оксиды (80 – 90 %). При таком способе производства получаются в большинстве кислые шлаки с выделением минералов (рудных, мелилитов, пироксенов, анортитов), алюмокремнезернистого стекла.
• Ферросплавные – получают в процессе производства ферросплавов. Различаются по добавленным к железу химическим элементам: хрому, марганцу, кремнию и др.
Шлаки цветной металлургии
Для них характерны: высокое содержание оксидов железа, пониженный состав оксидов магния и кальция. Свойства шлаков цветной металлургии зависят от их химического состава. Отличаются от шлаков чёрной металлургии большим удельным весом, разнообразием, дополнительным содержанием ценных редких металлов. Если при выплавке чёрных металлов выход шлаков на 1 т металла составляет 0,1 – 0,7 т, то в цветной металлургии при получении 1 т металла – 100 – 200 т шлаков.
Способы переработки и применение
Самый распространённый способ переработки – грануляция. Происходит путём охлаждения массы водой, воздухом, паром.
• Мокрый способ. Обработка вытекающего из доменной печи раскалённого шлака сильной струёй воды, подаваемой через специальные насадки. Шлак дробится под напором воды и отправляется в бункер до окончательного охлаждения. Его продувают воздухом, в результате чего он остывает и обезвоживается.
• Полусухой способ. Вытекающий из домны шлак попадает на лопасти вращающегося барабана. Небольшое количество воды, подаваемой в желоб, резко охлаждает и делает шлак твёрдым. Затем он попадает в барабан, где дробится и окончательно остывает, отлетая в сторону.
Гранулируются в основном доменные шлаки, которые в большинстве используются в цементной промышленности. Также в этой отрасли распространено применение шлаков ферросплавов, сталеплавильных, цветной металлургии. Из них производят обладающий высокой химической стойкостью цемент, который можно применять даже в агрессивных средах. Получают путём совместного помола металлургического шлака, гипса и извести. Шлаки также используют в качестве активных добавок к портландцементному клинкеру или вместо глины. В зависимости от взятых пропорций, получают обычный цемент или с повышенной стойкостью.
Шлакощелочные цементы получают при совместном помоле гранулированных шлаков, каустической или кальцинированной соды, жидкого стекла. Такие гидравлические вяжущие водостойкие, термостойкие, с высокой прочностью, биостойкие, устойчивы к коррозии. Изготовленные с их добавлением бетоны выдерживают воздействие нефтепродуктов, слабых кислот, твердеют при низких температурах.
Широко используется в строительстве шлаковый щебень, который успешно заменяет натуральный. Получают его путём дробления отвальных шлаков или литья по специальной технологии. Перед применением он проверяется на устойчивость к распаду.
Материал прочный на истирание, выдерживает высокие и низкие сезонные температуры. Используется в качестве наполнителя для различных видов бетонов.
Для тяжёлых изделий из бетона крупным наполнителем служит отвальный или литой щебень, а для мелкого – гранулированный шлак. Для лёгких изделий предназначен щебень из шлаковой пемзы, которую получают путём вспучивания с применением минеральных газообразователей при быстром охлаждении шлаковой массы. Затем она дробится на фракционный щебень.
Этот материал нашёл широкое применение и в дорожном строительстве как надёжный и при этом дешёвый материал. Используется для подготовки оснований, а также в производстве шлаковых вяжущих для дорожных покрытий, приготовления асфальтобетона.
Способом шлакового литья получают плитки и камни для мощения тротуаров, изготовления бордюров, напольные покрытия для внутренних помещений, трубы, фасадные плиты и другие изделия. Они по многим качествам не уступают железобетонным и стальным аналогам. Их получают при разливе в формы расплавленных металлургических шлаков, поступаемых прямо из доменных печей. Такой производственный процесс очень экономичен – не требуются дополнительные ресурсы на расплавку сырья, его транспортировку и хранение. Технология изготовления проста, литьё таких изделий экономически выгоднее, чем изготовление искусственного камня, а механические свойства мало чем отличаются.
Из металлургических шлаков получаются превосходные материалы – шлакоситаллы. Они состоят из стекловидной аморфной массы и мельчайших стеклянных кристаллов. Бывают разных видов и цвета. Свойства зависят от исходного сырья и технологии изготовления. Процесс происходит в стекловаренной печи. Сырьём служат металлургические шлаки, песок и другие добавки. Шлакоситаллы отличаются высокой прочностью, близкой к чугуну и стали, но при этом они в 3 раза легче. Эти материалы легко обрабатываются и очень востребованы в строительстве. Они хорошо сверлятся, шлифуются, режутся. Широко используются для изготовления прочных изделий и в качестве отделочных материалов: труб, подшипников, оптических приборов, электроизоляторов, мелющих деталей механизмов, химического оборудования, облицовочных плит для фасадов и внутренних стен, напольных покрытий, подоконников, кровли, ограждений балконов и др.
Из металлургических шлаков изготавливают шлаковую вату, которая идёт на производство теплоизоляционных изделий. Из доменных шлаков получают около 80% минеральной ваты. Используются для этого также шлаки цветной металлургии, мартеновские, ваграночные. Выбирается сырьё с оптимальной вязкостью для получения минерального волокна методом вытягивания. В ванных печах или вагранках получают шлаковый расплав, который затем перерабатывается в волокно. Вату изготавливают 3-х типов: для плит повышенной жёсткости, для полусухого прессования изделий, для горячего прессования. На основе минваты получают различные изделия (плиты, цилиндры), где в качестве связующих применяют битумы, эмульсии, синтетические полимеры.
Источник
