Спосіб гранулювання доменного шлаку

Изобретение относится к области производства строительных материалов, в частности к производству активных добавок к вяжущим. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ грануляции доменного шлака (1) путем обработки шлакового расплава водным раствором щелочной пульпы - отхода металлургического производства, с последующим обезвоживанием, сушкой и охлаждением шлака. В качестве щелочной пульпы в известном способе используют содержащие гидроксид кальция осадки центральных очистных сооружений хлорной металлургии титана, магния, кремния и германия при плотности водного раствора щелочной пульпы 1,12-1,2г/см3 и значении водородного показателя pH11-12. Недостатком известного способа является выделение в атмосферу в большом количестве сероводорода. Недостаток обусловлен тем, что из-за низкого содержания окиси кальция в известковом растворе не обеспечивается полное обезвреживание газовых выбросов от соединений серы. При недостаточно полном связывании сернистого ангидрида известковым раствором, значительная часть сероводорода выбрасывается в атмосферу. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа грануляции доменного шлака, в котором обработку шлакового расплава осуществляют раствором нового состава, в результате чего снижается выделение сероводорода в атмосферу и за счет этого обеспечивается экологический эффект. Поставленная задача решается тем, что в способе грануляции доменного шлака путем обработки шлакового расплава водным раствором щелочной пульпы - отхода металлургического производства, с последующим обезвоживанием, сушкой и охлаждением шлака, обработку шлакового расплава осуществляют смесью щелочной пульпы и предварительно гидролизованного и нейтрализованного отхода полупроводникового производства, содержащего аморфный диоксид кремния и хлористый кальций, взятой при соотношении щелочной пульпы к отходу полупроводникового производства как 1:1-35:1. Использование в качестве водного известкового раствора смеси, в состав которой входят компоненты, ранее не использовавшиеся, а уходящие в отходы и взятые в заявляемом соотношении, позволяет снизить выделение в атмосферу сероводорода. Щелочная пульпа хлорной металлургии содержит взвешенные вещества в количестве 5413-5867мг/л, сухой остаток - 20000-24000мг/л. В состав пульпы входят, мас.%; В щелочной пульпе содержится большое количество взвешенных веществ, благодаря чему щелочная пульпа имеет в течение длительного времени однородный состав. Взвешенные вещества представляют собой мелкодисперсные частицы 1-100мкм в виде гелиевых структур. Отход полупроводникового производства представляет собой кубовые остатки колонн ректификации трихлорсилана (Sі2ОСІ 3). содержащие 10-20% четыреххлористого кремния (SiCl4). Полученный отход подвергают обработке - гидролизуют, а затем нейтрализуют известковым молоком. После обработки отход имеет удельный вес 1,1-1,15г/л и содержит сухой остаток 110-150г/л. Предварительно гидролизованный и нейтрализованный отход полупроводникового производства имеет состав, мас.%: Смесь, полученная из щелочной пульпы и предварительно гидролизованного и нейтрализованного отхода полупроводникового производства, имеет pH-10-12. В щелочной пульпе содержится большое количество соединений кальция, таких как карбонат кальция, оксид кальция, гидроксид кальция и хлорид кальция, которые активно реагируют с доменным шлаком, сливаемым в гранбассейн. В полученной смеси содержится в большом количестве диоксид кремния. Причем, кремний, содержащийся в смеси, находится в аморфном состоянии. Главная особенность аморфного состояния кремния - отсутствие характерной для кристаллов строгой повторяемости во всех направлениях одного и того же элемента структуры, т.е. отсутствие дальнего порядка. Важной особенностью кремния в аморфном состоянии является естественная изотропия его свойств из-за отсутствия самопроизвольной ориентации частиц. Кремний в аморфном состоянии, обладая меньшей упорядоченностью внутреннего строения, характеризуется при тех же давлениях и температурах большим объемом, большей энтропией и большей внутренней энергией, чем кристаллический кремний. У аморфного кремния на 2-3 порядка выше активность. Поэтому все реакции, протекающие при взаимодействии расплава доменного шлака с компонентами смеси протекают более активно и полно. При обработке расплава доменного шлака смесью щелочной пульпы и предварительно гидролизованного и нейтрализованного отхода полупроводникового производства снижаются выделения в атмосферу сероводорода. Это обусловлено следующими факторами. Присутствующие в смеси аморфный диоксид кремния и хлористый кальций замедляют реакции гидролиза сульфидной серы шлака, в результате чего значительно снижается концентрация сероводорода в парогазовых выбросах. Кроме того, содержащиеся в смеси карбонат кальция, гидроксид кальция, оксид кальция и оксид железа активно вступают в реакцию с сероводородом, выделяющимся при грануляции доменного шлака, образуя гидросульфиды, сульфиды и сульфаты кальция и железа. Выбросы серы в атмосферу резко снижаются за счет образования соединений серы в смеси, а сами соединения серы - сульфаты и сульфиды - играют роль возбудителей активности. Таким образом, при грануляции доменного шлака в смеси щелочной пульпы и предварительно гидролизованного и нейтрализованного отхода полупроводникового производства сера связывается более полно, чем при грануляции в известном водном растворе щелочной пульпы. Кроме того, благодаря избытку кальция в смеси в процессе грануляции образуется гипс, получаемый в качестве попутного продукта. Присутствующий в смеси аморфный диоксид кремния способствует ускоренному его образованию. Описанные выше механизмы протекания реакций наиболее полно реализуются в щелочных условиях, которые обеспечиваются используемой для грануляции доменного шлака смесью щелочной пульпы и отхода полупроводникового производства, имеющей pH-10-12. При заявляемом соотношении в смеси щелочной пульпы и отхода полупроводникового производства, полученном экспериментально, обеспечивается содержание компонентов смеси в таком количестве, которое способствует более полному связыванию выделяющейся серы, что приводит к снижению выбросов сероводорода в атмосферу при грануляции доменного шлака. При уменьшении соотношения щелочная пульпа/отход полупроводникового производства в смеси снизится содержание окиси железа и соединений кальция, взаимодействующих с сероводородом, в результате чего повысятся выделения серы в атмосферу. Кроме того, в смеси повысится содержание хлористого кальция, что является недопустимым, так как хлористый кальций в таком количестве будет вызывать коррозию металлоконструкций, контактирующих с вяжущим, полученным на основе данного шлака. При увеличении соотношения щелочная пульпа/отход полупроводникового производства резко сократится содержание аморфного диоксида кремния и хлористого кальция, что приведет к активизации реакции гидролиза сульфидной серы шлака, в результате чего повысится концентрация сероводорода в парогазовых выбросах. Таким образом, как при увеличении, так и при уменьшении соотношения щелочная пульпа/отход полупроводникового производства повысятся выделения серы в атмосферу. Пример. Процесс грануляции расплава доменного шлака осуществляют следующим образом. В гранбассейн через приемные воронки жидкого шлака вводят щелочную пульпу-отход хлорной металлургии. Затем в гранбассейн вводят предварительно гидролизованный и нейтрализованный отход полупроводникового производства, содержащий аморфный диоксид кремния и хлористый кальций. Щелочную пульпу и отход полупроводникового производства вводят в гран-бассейн в соотношении 17,5:1, Эту смесь перемешивают в процессе подачи расплава шлака в гранбассейн, его грануляции и выгрузки. Жидкий шлак с температурой 1400-1450°С из ковшей через приемные воронки сливают в гранбассейн. Время слива 3-5 минут. Погружаясь в водный раствор, струи расплавленного шлака гранулируются, образуя мелкие зерна и одновременно вспучиваются, Газовая фаза, вызывающая поризацию гранул, многокомпонентная по составу, формируется из собственных газов шлака и продуктов взаимодействия серы с гидроокисью кальция, а также кислородом воздуха, оксидами кальция и железа. После обработки в щелочной среде гранулированный шлак выгружают грейферным краном на площадку для обезвоживания и сушки в естественных условиях. В процессе грануляции смесь щелочной пульпы и отхода полупроводникового производства в гранбассейнах постоянно пополняется по мере испарения влаги. Гранулированный шлак, полученный таким способом, имел влажность 15-20%. Предлагаемым способом было получено 3 партии гранулированного доменного шлака, при которых соотношение компонентов смеси изменяли в заявляемых пределах. Были получены также 2 партии доменного шлака, гранулированные в смеси щелочной пульпы и отхода полупроводникового производства при недостатке (партия 4) и при избытке (партия 5) щелочной пульпы. Для проведения сравнительных испытаний доменного шлака была получена 1 партия, гранулированная в водном растворе щелочного активатора по способу, защищенному а.с. СССР №1662970, принятому в качестве прототипа (партия 6). В процессе грануляции всех партий отбирались пробы газовых выбросов. Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице. Из таблицы видно, что концентрация серы в газовых выбросах существенно снизилась по сравнению с концентрацией при грануляции доменного шлака известным способом за счет снижения выделения в атмосферу сероводорода. Таким образом, при грануляции доменного шлака в смеси щелочной пульпы и отхода полупроводникового производства обеспечивается обезвреживание газовых выбросов от сероводорода.