Обезвоживание шламов

Классификация отходов производства возможна по различным  признакам,среди которых основными  можно считать следующие:

а)по отраслям промышленности-черная и цветная  металлургия, рудо- и угледобывающая промышленность, нефтяная и газовая  и т.д.;

б)по фазовому составу-твердые (пыли,шламы,шлаки),жидкие(растворы, эмульсии, суспензии),газообразные (оксиды углерода, азота, соединение серы и др.);

в)по производственнным  циклам-при добыче сырья (вскрышные  и овальные породы),при обогащении (хвосты, шламы, сливы), в пирометаллургии (шлаки, шламы, пыли, газы), в гидрометаллургии (растворы, осадки, газы).

На металлургическом комбинате с замкнутым циклом (чугун-сталь-прокат) твердые отходы могут быть двух видов-пыли и шлаки. Довольно часто применяется мокрая газоочистка, тогда вместо пыли отходом является шлам. Наиболее ценными для черной металлургии являются железосодержащие отходы (пыль, шлам, окалина), в то время как шлаки в основном используются в других отраслях промышленности.

При работе основных металлургических агрегатов образуется большее количество тонкодисперсной пыли, состоящей из оксидов различных элементов. Последняя улавливается газоочистными сооружениями и затем либо подается в шламонакопитель, либо направляется на последующую переработку (в основном как компонент аглошихты).

Шламы можно  разделить на:

1)шламы агломерационных  фабрик;

2)шламы доменного  производства:

а)газоочисток  доменных печей;

б)подбункерных помещений доменных печей;

3)шламы газоочисток  мартеновских печей;

4)шламы газоочисток  конвертеров;

5)шламы газоочисток электросталеплавильных печей.

По содержанию железа их подразделяют следующим образом:

а)богатые (55-67%)-пыль и шлам газоочисток мартеновских печей и конвертеров;

б)относительно богатые (40-55%)-шламы и пыли аглодоменного  производства;

в)бедные (30-40%)-шлам и пыль газоочисток электросталеплавильного производства.

Основными характеристиками шламов являются химический и гранулометрический состав, однако при подготовке шламов к утилизации необходимо знать параметры, как плотность, влажность, удельный выход и др. Следует отметить, что пыли (шламы) металлургических предприятий по химическому (и отчасти по гранулометрическому) составу отличаются друг от друга, поэтому эти характеристики представлены далее в усредненном виде.

Шламы пылеулавливающих устройств доменной печи образуются при очистке газов, выходящих из нее, обычно в скрубберах или трубах Вентури. Перед ними устанавливаются радиальные или тангенциальные сухие пылеуловители, в которых улавливается наиболее крупная, так называемая колошниковая, пыль, которая возвращается в аглопроизводство как компонент шихты. Химический состав шламов по основным компонентам,%: Feобщ 30-50; CaO 5.0-8.5; SiO2 6.0-12; Al2O3 1.2-3.0; MgO 1.5-2.0;

P 0.015-0.05; Sобщ  0.2-0.9; Cобщ 2.5-30.0; Zn 0.05-5.3.

Плотность их колеблется в пределах 2.7-3.8 г/см ,удельный выход в среднем составляет 2.75ё0.84%. Коэффициент использования этих шламов изменяется (для разных предприятий) довольно значительно - от

0.1 до 0.8. Это  довольно тонкодисперсный материал: фракции 0.063 мм до 10-13%, 0.016-0.032 мм от 16 до 50% и 0.008 мм от 10 до 18%. В настоящее время эти шламы используются как добывка к агломерационной шихте. Сравнительно низкий уровень их использования объясняетсяотносительно невысокой долей железа в них (Feобщ50%), а также повышенным содержанием цинка (1%), что требует предварительного обесцинкования шламов.

Шламы подбункерных помещений доменных печей образуется при гидравлической уборке просыпи  с полов подбункерных помещений, их составной частью является также  пыль аспирационных установок этих помещений. По химическому составу эти шламы подобны шламам аглофабрик - в них имеются почти все компоненты аглошихты, % : Feобщ 33-35; SiO2

7-11; Al2O3 1-3; CaO 8-28; MgO 1-3; MnO 0.1-1.5; P2O5 0.01-0.2; Sобщ

0.15-0.40; Cобщ  15.0; Zn 0.0-0.02.

Шламы подбункерных помещений по гранулометрическому  составу являются материалами средней  крупности (частиц размером 0.1-0.063 мм 20-40%). Плотность шламов подбункерных помещений  колеблется в пределах 3.5-4.5 г/см . Эти  шламы обычно используются как добавка к агломерационной шихте.

ОСНОВЫ ПЕРЕРАБОТКИ  И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПЫЛЕЙ И ШЛАМОВ.

Технология  подготовки шламов доменных газоочисток  предусматривает обезвоживание  осаждением в отстойниках, фильтрование в аппаратах различного типа и  при необходимости термическую сушку.

Особенностью  шламов доменных газоочисток является повышенное содержание в них цинка. Вследствие этого при подготовке их к использованию в качестве компонента доменной шихты необходимо проводить обесцинкование. Последняя  может проводиться как пиро-,так и гидрометаллургическими способами. При содержании в шламах цинка 12 % они могут использоваться как сырье для его получения.

Шламы подбункерных помещений доменных печей, как указывалось  ранее, похожи по химическому и гранулометрическому  составам на шламы аглофабрик, поэтому в настоящее время единственным направлением утилизации этих шламов является использование их в качестве компонента аглошихты. Подготовка их в этом случае предусматривает обычные стадии обезвоживания; желательно, чтобы этот материал, смешиваемый с другими компонентами аглошихты, имел зернистую структуру. Это улучшает окомкование аглошихты и приводит к увеличению газопроницаемости ее слоя, что благотворно сказывается на производительности агломашины и качестве агломерата.

ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ШЛАМОВ

Пыли металлургического  производства обычно не требуют какой-либо предварительной подготовки перед  утилизацией. Шламы, прежде чем их использовать (например в качестве компонента шихты), необходимо подвергнуть обезвоживанию (сгущению, фильтрованию, сушке).

Сгущение - процесс  повышения концентрации твердой  фазы в сгущаемом продукте (шлам,пульпа), протекающий под действием гравитационных и (или) центробежных сил. При сгущении шламов стремятся получить не только осадок достаточной плотности, но и возможно более чистый слив, что позволяет использовать последнийв оборотном цикле и исключить потери твердого продукта. Поскольку количество воды в сгущаемом продукте составляет 30-60%, то использовать такой обводненный материал в качестве добавки к аглошихте или окомковывать его с целью получения окатышей практически невозможно. Поэтому сгущенный продукт необходимо профильтровать для того, чтобы содержание влаги в нем снизить до 8-10%.

При фильтровании шламов происходит процесс разделения жидкого и твердого под действием разрежения или давления, сопровождающийся удалением влаги через пористую перегородку (обычно фильтровую ткань и частично осадок). На фильтрование обычно подают шламы, частицы которых имеют размер1 мм, так как обезвоживать такие дисперсные системы другими методами нецелесообразно из-за малой скорости удаления влаги и, как следствие, значительной влажности получаемого осадка.

Процесс фильтрования зависит от многих факторов, основные из которых следущие: содержание твердого в шламе, крупность твердой фазы, разность давлений по обе стороны фильтрующей перегородки и др.

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ДОМЕННЫХ И  СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ШЛАМОВ В настоящее  время разработаны различные  технологии комплексной

переработки шламов (пылей); часть из них реализована в промышленном

масштабе  за рубежом. У нас такие технологии разрабатываются на уровне исследовательских  работ и полупромышленных испытаний. Промышленного производства металлизованных  окатышей из шламов (пыли) аглодоменного  и сталеплавильного производств пока нет; эти материалы используются лишь как компоненты аглошихты.

Разработана технология использования шламов доменного, мартеновского, конвертерного и  частично электросталеплавильного  производств на Челябинском металлургическом комбинате (ЧМК).

Отделение подготовки к утилизации железосодержащих шламов работает последующей схеме: шламы из радиальных отстойников после сгущения до 600 г/л поступают в вакуум-фильтры, а после них (с влажностью 36%) в сушильные барабаны; затем шламы с влажностью 10% подаются на аглофабрику. Известно, однако, что использование шламов в качестве компонента аглошихты осложняется нестабильностью их химического и гранулометрического состава, что требует разработки технологии рекуперации этих материалов в каждом конкретном случае. Использование в аглошихте таких тонкодисперсных материалов, как шламы сталеплавильного производства, приводит к ухудшению газопроницаемости спекаемого слоя и вследствие этого к снижению производительности агломашины. Кроме того, увеличивается вынос весьма мелких частиц (размером 10 мкм), которых в шламах содержится до 30-40%, что значительно снижает эффективность работы газоочистных установок.

Использование шламов препятствует высокое содержание в них цинка (в конверторных шламах его 1%, в остальных 0.4 - 0.6 %), причем при кругообороте цинка в печи агломерат - доменная печь - шламы доменных газоочисток его количество в последних возрастает.

Институтом "Уралмеханобр" совместно с  Карагандинским металлургическим комбинатом разработана новая технология утилизации железосодержащих шламов в аглопроизводстве. По существующей схеме шламы аглофабрик 1 и 2, подбункерных помещений доменныхпечей 3 и 4, тракта шихтоподачи дробильно-сортировочной фабрики сгущают и обезвоживают (крупнозернистую фракцию на ленточных, тонкозернистую - на дисковых вакуум-фильтрах). Обезвоженные продукты объеденяют и подают в шихтовое отделение аглофабрики 2. По новой технологии шламы после двустадийного сгущения с содержанием твердого 40-50 % подают в распыленном виде в первичные смесители аглошихты вместо технической воды. В результате шлам достаточно равномерно распределяется в объеме аглошихты, а вся шихта увлажняется до необходимого уровня при значительном сокращении расхода технической воды.

На Орско-Халиловском  металлургическом комбинате была разработана и опробована технология получения во вращающейся печи окускованного продукта из смеси доменного и мартеновского шламов. Длина барабана 18 м, угол наклона 2 (диаметр не приводится). Шлам влажностью

30-70 % подавали  в печь с помощью специальной форсунки, процесс спекания регулировали изменением скорости вращения печи, интенсивностиподачи шлама и тепловой нагрузки.

Способ переработки  пылей и шламов следует выбирать для каждого металлургического  завода в соответствии с характеристиками образующихся отходов. В таблице 1 показаны особенности и разновидности этих способов.

С точки зрения переработки пыли и шламов заслуживают  особого внимания способы, в которых  извлекают цинк, свинец, соединения щелочных металлов (классификация исходного  материала в аппаратах типа гидроциклонов, получение хлорированных и металлизованных окатышей). Эти способы широко применяются в Японии, где в конце 60-х - начале 70-х годов большое внимание было обращено на производство металлизованных окатышей с использованием в качестве востановителя угля. Как уже указывалось, общим для этих процессов является использование для востановительного обжига окатышей вращающейся (трубчатой) печи. Отличаются они в основном технологией подготовки исходных материалов. В последние годы на таких установках вместе с вращающейся печью работает устройство типа аглоленты, на которой осуществляются сушка и предварительный нагрев окатышей теплом дыма, уходящего из трубчатой печи решетка - трубчатая печь.

Строительство таких установок довольно дорого, поэтому японской фирмой "Раса" был разработан альтернативный способ переработки пылей и шламов с большим содержанием цинка и других примесей - процесс Раса-НГП. Исследования фирмы "Син ниппон" показали, что цинк в доменных шламах сосредоточиваетсяв основном в наиболее тонкой фракции (около 20 мкм), железо сравнительно равномерно распределено во всех фракциях, а углерод - в наиболее крупных. На этой основе была разработана технология отделения наиболее тонкой фракции (содержащей соединения цинка ) с помощью гидроциклона. Сгущенный шлам направляется в вакуум-фильтры, затем в тарельчатый окомкователь для получения миниокатышей (1-5 мм), которые далее поступают на агломашину. Слив гидроциклонов с содержанием твердого 2% подают в отстойники, откуда через 3 ч шлам с концентрациейтвердых частиц 9% подается в фильтр-пресс, а осветленная вода возвращается в первичный отстойник. При содержании цинка на входе в гидроциклон 3-5 % в шламе, подаваемом на окомкование (а в дальнейшем на агломерацию), содержится цинка всего 1 %, в то время как в сливе гидроциклонов количество его достигает 8-15 %. Поскольку в сгущенном продукте, а следовательно, и в миниокатышах содержится довольно много углерода, удельный расход кокса при агломерации удается снизить до 2 кг/т чугуна, а количество цинка, поступающего в доменную печь с агломератом, состовляет 0.2 кг/т чугуна.