Способ переработки цинксодержащих металлургических отходов
Владельцы патента RU 2507280:
Открытое Акционерное Общество "Челябинский цинковый завод" (RU)
Изобретение относится к металлургии цветных металлов и может быть использовано при переработке цинксодержащих металлургических отходов вельцеванием. Способ переработки цинксодержащих металлургических отходов включает смешение отходов с коксовой мелочью, окомкование шихты и последующее вельцевание в трубчатой печи. Причем при смешении в шихту вводят гидроксид кальция в количестве 20-30% от содержания кремнезема в шихте и коксовую мелочь крупностью менее 1 мм в количестве 13-17% от веса шихты. Окомкование шихты ведут с получением гранул размером 2-4 мм и влажностью 10-12%. Вельцевание ведут при температуре 900-1000°C. Техническим результатом изобретения является повышение производительности печи до 1,1 т/м3·сутки и снижение расхода коксовой мелочи до 210 кг/т цинксодержащих металлургических отходов, например пылей электродуговых печей. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 5 табл., 5 пр.
Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при переработке цинксодержащих отходов черной металлургии вельцеванием.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ переработки металлургических отходов, включающий смешение с углеродистым восстановителем, окомкование с бентонитом и последующее вельцевание в трубчатой печи. («Сталь», №9, 2010, с.19-22).
Недостатки известного способа:
а) большой расход углеродистого восстановителя-400 кг/т цинксодержащих металлургических отходов, необходимый:
- для поддержания высокой температуры процесса 1150°С;
- для вельцевания крупных гранул более 9 мм;
- для сушки гранул на колосниковой решетке.
б) низкая производительность печи (0,7 т/м3 *сут.).
Цель изобретения - снижение расхода коксовой мелочи, повышение производительности печи. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе на стадию смешения цинксодержащих отходов подают гидроксид кальция в количестве 20÷30% от содержания кремнезема в шихте и коксовую мелочь крупностью менее 1 мм в количестве 13÷17% от веса шихты, окомкование ведут с получением гранул размером 2-4 мм и влажностью 10-12%. Процесс ведут при температуре 900-1000°С.
На рис.1 изображена аппаратурная схема переработки цинксодержащих металлургических отходов. Схема включает:
1 - бак для приготовления пульпы гидроксида кальция;
2,3 - бункера для цинксодержащих металлургических отходов, твердого углеродистого восстановителя крупностью менее 1 мм;
4 - резервный бункер, используется для подачи корректирующего количества твердого углеродистого восстановителя крупностью 2 мм;
5 - смеситель-окомкователь;
6 - вельц-печь.
В баке (1) путем перемешивания с водой готовится пульпа гидроксида кальция (содержание Са(ОН)2 - 180-220 г/дм3).
В бункер (2) загружается пылевидный цинксодержащий металлургический отход (содержание фракции - 1 мм-100%), а в бункер (3) углеродсодержащий материал (содержание фракции - 1 мм-100%). Затем из бункеров (2,3), из бака (1) компоненты загружаются в смеситель-окомкователь. Процесс окомкования ведут до получения гранул размером 2-4 мм и имеющих влажность-10-12%. Полученные гранулы загружают в печь. Дополнительно в печь для корректировки процесса вельцевания из бункера (4) может подаваться твердый углеродистый восстановитель крупностью более 2 мм.
Подача пульпы гидроксида кальция в количестве 20-30% от содержания кремнезема в шихте и коксовой мелочи крупностью менее 1% в количестве 13-17% позволяет без подсушки получить прочные гранулы размером 24 мм и имеющих влажность 10-12%.
Использование заявляемого количества гидроксида кальция в сочетании с заявляемой крупностью шихты и ее влажностью позволяет:
- снизить температуру вельцевания с 1150-1250°С до 900-1000°С,
- обеспечить необходимую отгонку и извлечение цинка и свинца из пылевидных отходов (пылей электродуговой печи).
Снижение температуры процесса снижает расход углеродсодержащего материала без потерь цинка и свинца с клинкером.
Использование гидроксида кальция позволяет получить прочные и неоплавляющиеся в указанном интервале температур гранулы. Исключается образование настылей, залегание материала в печь. При этом увеличивается производительность печи с 0,65 т/м3*сут. до 1,1 т/м3*сут.
Интервал добавки гидроксида кальция 20-30% от веса кремнезема определяется необходимостью связывания активной составляющей кремнезема в тугоплавкие силикаты кальция и необходимостью получения прочных гранул.
При снижении менее 20% имеет место оплавление гранул с частичной потерей прочности. При увеличении более 30% снижается прочность гранул. Интервал влажности гранул обусловлен следующими факторами:
- при влажности менее 10% получаются гранулы с прочностью менее 2 кг/гранулу;
- при влажности более 12% гранулы разрушаются в подготовительной зоне печи. Увеличивается содержание железа в вельц-окиси.
Расход коксовой мелочи с крупностью 1 мм в количестве 13-17% обусловлен требованиями по прочности гранул необходимым извлечением цинка.
Увеличение содержания коксовой мелочи снижает прочность гранул, снижение содержания уменьшает степень отгонки цинка, повышает содержание железа в вельц-окиси.
Увеличение крупности гранул более 4 мм приводит к снижению прочности гранул и составляет менее 2 кг/гранулу. Снижение крупности гранул менее 2 мм увеличивает содержание железа в вельц-окиси. Интервал температуры процесса 900-1000°С обусловлен требованиями по извлечению цинка (при температуре менее 900°С резко снижается степень отгонки цинка) и расходом углеродсодержащего восстановителя (при температуре более 1000°С увеличивается расход углеродсодержащего восстановителя).
Пример 1. Влияние добавки гидроксида кальция.
К цинксодержащему металлургическому отходу (пылям электродуговой печи, далее пыли ЭДП) состава, %:
Цинк - 19,3; свинец - 1,9; оксид кремнезема-6,8; добавляем в виде пульпы гидроксид кальция (Са(ОН)2 - 100%) в количестве 17; 20; 23; 27; 30 и 33% от веса кремнезема. Содержание гидроксида кальция в пульпе 200 г/дм3. Кроме того, добавляем твердый углеродсодержащий материал (кокс) крупностью менее 1 мм (100%) в количестве 15% от веса шихты.
Полученную смесь окомковывали в смесителе-грануляторе с получением гранул 2÷4 мм и влажностью 11,2%.
Гранулы с добавкой углеродсодержащего материала с крупностью 3 мм загружали в лабораторную вельц-печь и перерабатывали при температуре 950°С в течение 3-х часов. Общий расход кокса составлял 21% от веса пылей ЭДП с учетом корректирующей добавки коксовой мелочи вводимой в печь отдельно от гранул. Крупность указанной коксовой мелочи - 2 мм.
Для сравнения проводили опыт по прототипу: без добавки гидроксида кальция, с добавкой на стадию смешения бентонита (5%), коксика крупностью - 3 мм в количестве 15%. Полученную смесь окомковывали с добавкой воды до влажности 9%. При получении гранул размером 10-20 мм гранулы сушили при Т=350°С. После сушки часто растрескавшиеся гранулы (в основном это гранулы размером более 12 мм) отсеивались. Упрочненные окатыши загружались в лабораторную вельц-печь. Процесс вели в аналогичных предлагаемому способу условиях.
Результаты опытов приведены в табл.1.
| Таблица 1. | ||||
| Результаты опытов. | ||||
| Наименование способа | Расход Са(ОН)2 к весу кремнезема, % | Производительность печи, т/м3*сут.1 | Содержание цинка в клинкере, % | Состояние материала в печи |
| Предлагаемый (21% углеродсодержащего материала к весу цинксодержащего металлургического отхода) | 17 | 0,9 | 1,3 | Частичное оплавление |
| 20 | 1,0 | 0,5 | Сыпучий | |
| 23 | 1,05 | 0,1 | Сыпучий | |
| 27 | 1,2 | 0,1 | Сыпучий | |
| 30 | 1,1 | 0,1 | Сыпучий | |
| 33 | 0,9 | 1,3 | Частичное оплавление распадающихся гранул | |
| Известный (21% углеродсодержащего материала к весу цинксодержащего металлургического отхода) | 0 | 0,45 | 5,4 | Расплав в печи |
| 1 Производительность печи определяется в тоннах пыли ЭДП, отнесенных к 1 м3 рабочего объема печи. |
Как видно из табл.1., при снижении расхода гидроксида кальция к содержанию кремнезема в пылях ЭДП до 17% происходит частичное оплавление материала в печи и производительность снижается с 1,0 до 0,9 т/м3*сут. Содержание цинка в клинкере увеличивается с 0,5 до 1,3%.
При увеличении расхода гидроксида кальция к содержанию кремнезема в пылях ЭДП с 30 до 33% происходит частичное оплавление материала за счет частичного разрушения гранул. Производительность печи снижается с 1,0 до 0,9 г/м3*сут. Содержание цинка в клинкере увеличивается с 0,1 до 1,3%.
При проведении опытов по прототипу при расходе коксика к весу цинксодержащего отхода (пыли ЭДП) 21% положительный эффект не достигается.
Происходит расплавление материала в печи. Производительность печи снижается с 1,1 до 0,45 т/м3*сут., а содержание цинка в клинкере растет с 0,1 до 5,4%. Показатели вельцевания улучшаются при повышении количества углеродсодержащего материала до 40% к весу пыли ЭДП.
Пример 2.
Влияние влажности гранул.
Опыты проводили с пылями ЭДП (см.пример 1) при добавке гидроксида кальция к весу кремнезема 27%.
Влажность шихты, % 9;10;11;12;13.
По прототипу первоначально влажность составила 9%, а после сушки - 0%. Результаты опытов приведены в табл.2.
При снижении влажности гранул менее 10% происходит их частичное разрушение и последующее оплавление материала. При этом увеличивается содержание железа в вельц-окиси с 0,8 до 1,4%; а содержание цинка в клинкере растет с 0,1 до 1,3%. При увеличении влажности более 12% имеет место частичное оплавление материала, вызванное потерей прочности гранул. При этом содержание железа в вельц-окиси растет с 0,8 до 1,6%, а содержание цинка в клинкере - с 0,1 до 5,4%.
При проведении опытов по прототипу прочность гранул высокая, содержание железа в пределах нормы-0,8%. Однако, из-за низкой степени отгонки цинка и расплавленного материала в печи потери цинка с клинкером растут с 0,1 до 5,3%.
Пример 3.
Влияние крупности коксовой мелочи.
Окатывание проводили с пылями ЭДП (см.примеры 1,2) и крупностью коксовой мелочи менее 1 мм в количестве, %:
12; 13; 15; 17; 18 от веса шихты.
По прототипу крупность коксовой мелочи составляла 3 мм и расход 15%. Результаты опытов приведены в табл.3.
| Таблица 3. | ||||||
| Результаты опытов. | ||||||
| Наименование способа | Количество коксовой мелочи | Прочность гранул | Содержание железа в вельц-окиси | Содержание цинка в клинкере | Размер закатанной коксовой мелочи, мм | Состояние материала в печи |
| Предлагаемый (21% углеродсодержащего материала к весу цинксодержащего металлургического отхода) | 12 | 2,6 | 0,7 | 1,3 | <1 | Частичное оплавление |
| 13 | 2,4 | 0,8 | 0,1 | <1 | Сыпучий | |
| 15 | 2,4 | 0,8 | 0,1 | <1 | Сыпучий | |
| 17 | 2,3 | 0,8 | 0,1 | <1 | Сыпучий | |
| 18 | 1,8 | 1,5 | 1,4 | <1 | Частичное оплавление | |
| Известный (21% углеродсодержащего материала к весу цинксодержащего металлургического отхода) | 15 | 2,1 | 0,9 | 3,1 | 2 | Оплавление |
При снижении количества вводимой в гранулы коксовой мелочи прочность гранул не снижается, однако имеет место частичное оплавление материала и повышение содержания цинка в клинкере с 0,1 до 1,3%. При увеличении количества вводимой в гранулы коксовой мелочи прочность гранул снижается, происходит оплавление и содержание цинка в клинкере увеличивается с 0,1 до 1,4%.
При проведении опытов по прототипу, размер гранул более 9 мм позволяет закатывать коксовую мелочь без существенной потери прочности. Однако, скорость отгонки цинка падает и растет содержание цинка в клинкере с 0,1 до 3,1%.
Пример 4.
Влияние размера гранул.
Окатывание проводили с пылями ЭДП (см.примеры 1,2,3) с получением гранул размером, мм: 1, 2, 3, 4, 5. По прототипу размер гранул составлял 9-10 мм.
Результаты опытов приведены в табл.4.
| Таблица 4. | |||||
| Результаты опытов. | |||||
| Наименование способа | Размер гранул, мм | Содержание железа в вельц-окиси, % | Содержание цинка в клинкере, % | Производительность печи, т/м3*сут. | Состояние материала в печи |
| Предлагаемый (21% углеродсодержащего материала к весу цинксодержащего металлургического отхода) | 1 | 1,9 | 1,5 | 0,9 | оплавление |
| 2 | 0,8 | 0,1 | 1,1 | сыпучий | |
| 3 | 0,8 | од | 1,1 | сыпучий | |
| 4 | 0,8 | 0,3 | 1,0 | сыпучий | |
| 5 | 0,7 | 1,21 | 0,9 | сыпучий | |
| Известный (21% углеродсодержащего материала к весу цинксодержащего металлургического отхода) | 10 | 0,7 | 4,4 | 0,4 | сыпучий |
При снижении размера гранул менее 1 мм имеет место частичное оплавление материала, увеличивается пылевынос, что снижает показатели процесса:
- производительность печи снижается с 1,1 до 0,9 т/м3*сут.;
- содержание железа в вельц-окиси растет с 0,8 до 1,9%;
- содержание цинка в клинкере увеличивается с 0,1 до 1,5%.
При увеличении размера гранул более 4 мм снижаются показатели процесса из-за снижения скорости отгонки цинка:
- содержание цинка в клинкере растет с 0,3 до 1,4%;
- производительность печи падает с 1,1 до 0,9 т/м3 *сут.
При проведении опытов по прототипу с размером гранул 10 мм по сравнению с заявляемым способом производительность печи снижается с 1,1 до 0,4 т/м3*сут., и содержание цинка в клинкере растет с 0,1 до 0,4%.
Пример 5.
Влияние температуры процесса.
Пыли ЭДП состава (см.пример 1) окатывали в гранулы размером 3 мм, с содержанием в них гидроксида кальция 25% от веса кремнезема в шихте, и с добавкой в гранулы коксовой мелочи крупностью менее 1 мм в количестве 15% от веса шихты. Гранулы имели влажность 11%. К полученным гранулам добавляли углеродсодержащий материал в количестве, обеспечивающим общее содержание кокса 21% от веса пыли ЭДП. Смесь перерабатывали в лабораторной вельц-печи при температуре, °С: 890; 900; 950; 1000; 1010 в течение 3-х часов.
Для сравнения проводили опыт по прототипу (см.пример 1). Результаты опытов приведены в табл.5.
| Таблица 5. | |||||
| Результаты опытов. | |||||
| Наименование способа | Температура в печи, °С | Производительность печи, т/м3*сут. | Содержание цинка в клинкере | Расход коксовой мелочи, кг/т пыли ЭДП | Состояние материала в печи |
| Предлагаемый (21% углеродсодержащего материала к весу цинксодержащего металлургического отхода) | 890 | 0,9 | 1,4 | 210 | Сыпучий |
| 900 | 1,0 | 0,7 | 210 | Сыпучий | |
| 950 | 1,1 | 0,1 | 210 | Сыпучий | |
| 1000 | 1,1 | 0,1 | 210 | сыпучий | |
| 1010 | 0,9 | 1,0 | 210 | Частичное оплавление | |
| Известный (21% углеродсодержащего материала к весу цинксодержащего металлургического отхода) | 1150 | 0,7 | 1,1 | 400 | сыпучий |
| 950 | 0,3 | 6,1 | 400 | сыпучий |
Снижение температуры процесса с 900 до 890°С уменьшает производительность печи с (1,1÷4,0) до 0,9 т/м3*сут. и увеличивает содержание углерода в клинкере с (0,1÷0,7) до 1,4%.
Увеличение температуры процесса не увеличивает положительного эффекта (при расходе коксовой мелочи 210 кг/т пыли ЭДП), при этом приводит к частичному оплавлению материала, а так же снижает производительность печи с 1,1 до 0,9 и повышает содержание цинка в клинкере с 0,1 до 1,0%.
При проведении опытов по прототипу расход коксовой мелочи увеличивается с 210 до 400 кг/т пыли ЭДП, при этом показатели процесса ниже, чем в заявляемом способе, а именно производительность печи снижается с 1,1 до 0,7 т/м3*сут., содержание цинка в клинкере растет с 0,1 до 1,1%. При этом необходимо увеличить температуру процесса с 900-1000°С до 1150°С. При снижении температуры процесса до заявляемой производительность печи снижается до 0,3 т/м3*сут., а содержание цинка в клинкере увеличивается до 6,1%.
Таким образом, проведенные опыты показали, что в предлагаемом способе на стадию смешения к цинксодержащим металлургическим отходам, например, пылям электродуговых печей (ЭДП), добавка гидроксида кальция должна составлять 20-30% от содержания кремнезема в шихте, коксовая мелочь, вводимая в гранулы должна быть крупностью менее 1 мм, а ее количество составлять 13-17%, при этом гранулы должны иметь размер 2-4 мм и влажность 10÷12%.
При этих условиях процесс вельцевания можно вести при температуре 900-1000°С.
Использование предлагаемого способа по сравнению с известным способом переработки цинксодержащих металлургических отходов позволит:
- повысить производительность печи с 0,7 до 1,1 т/м3*сут.;
- снизить расход углеродистого восстановителя с 400 кг/т цинксодержащих металлургических отходов до 210 кг/т указанных отходов;
- исключить дорогостоящий процесс сушки гранул;
- упростить технологическую схему.
1. Способ переработки цинксодержащих металлургических отходов, включающий смешение с коксовой мелочью, окомкование шихты и последующее вельцевание в трубчатой печи, отличающийся тем, что при смешении в шихту подают гидроксид кальция в количестве 20-30% от содержания кремнезема в шихте и коксовую мелочь крупностью менее 1 мм в количестве 13-17% от веса шихты, а окомкование шихты ведут с получением гранул размером 2-4 мм и влажностью 10-12%.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вельцевание ведут при температуре 900-1000°C.
