Спосіб одержання пористих скломатеріалів з електропічних шлаків феронікелевого виробництва

1. Спосіб одержання пористих скломатеріалів, який включає плавлення у відновлювальному середовищу ши хти, що містить шлаки металургійного виробництва, в яку перед плавленням уведений вуглець, а співвідношення SiO2/CaO доведено до певного значення, і наступний відлив металевої частини розплаву в виливниці й охолодження силікатної частини розплаву в режимі термоудару шляхом відливу у воду, який відрізняється тим, що як сировину використовують електропічні шлаки феронікелевого виробництва, при цьому вуглець уводять в шихту в кількості 4-5мас. %, а співвідношення SiO2/CaO у шихті доводять до 1,8-1,9. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що використовують магнезіальні шлаки феронікелевого виробництва, що мають такий склад, мас. %: Ni заг. 0,1-0,3 Сr2О3 1,3-2,9 SiO2 48,0-55,0 СаО 2,0-4,0 MgO 24,0-28,0 Fe заг. 5,0-7,5 U 2 24850 1 3 24850 щільністю 45-100кг/м 3 з мартенівських шлаків, що включає плавлення у відновлювальному середовищі ши хти , що містить сировину, що включає SіО2, CaO, Аl2О 3, MnO, MgO, FeO, Fе2О3 , Р2 О5, Na2O, K2 O, ТiO2 , SO 3, у яку перед плавленням уведено вуглець у кількості до 3мас. %, а співвідношення SiO2/CaO доведено до 1-2, і наступний відлив металевої частини розплаву в виливницю й охолодження силікатної частини розплаву в режимі термоудару шля хом відливу у воду. У кожному із цих способів як сировина використовуються шлаки певного виду виробництва, зокрема у дво х останніх способах використовуються шлаки металургійних виробництв. В основу корисної моделі поставлене завдання розширення сировинної бази для одержання пористих скломатеріалів і створення технологій утилізації промислових відходів. У способі одержання пористих скломатеріалов, що включає плавлення у відновлювальному середовищі шихти, що містить сировину, яка включає шлаки металургійного виробництва і в яку перед плавленням уведено вуглець, а співвідношення Sі2О/СаО доведено до певного значення, і наступний відлив металевої частини розплаву у виливниці й охолодження силікатної частини розплаву в режимі термоудару шля хом відливу у воду, поставлене завдання вирішене тим, що як сировину використовують електропічні шлаки феронікелевого виробництва, при цьому вуглець уводять у ши хту в кількості 4-5мас. %, а співвідношення Sі2О/СаО у шихті доводять до 1,8-1,9. Вміст вуглецю в шихті менший ніж 4мас. % не забезпечує повного відновлення металів. При плавленні шихти зі вмістом вуглецю більше 5мас. % порушуються термодинамічні характеристики відновлення групи важких і тугоплавких металів хрому, молібдену й титану, які впливають, при високому вмісті їхніх окислів у розплаві, на формування пористого скломатеріалу, а також сприяють відновленню кремнію. Якщо масове співвідношення SiO2/CaO буде менше 1,8, відновлення окислів важких і тугоплавких металів буде утруднене й вони залишаться в шлаковій фазі, внаслідок чого утворення пористого скломатеріалу не відбудеться. При масовому співвідношенні SiO2/CaO більше ніж 1,9 розплав перейде в більше тугоплавку фазу, що значно знизить якість відновлення металів, збільшиться в'язкість розплаву, що утруднить його добування із плавильного агрегату. Залежно від використовуваної руди електропічні шлаки феронікелевого виробництва можуть бути магнезіальними або силікатними. Магнезіальні шлаки утворяться при використанні руди, наприклад, увезеної з Нової Каледонії, силікатні при використанні руди, що добувається, наприклад, у Побужському родовищі (Кіровоградська обл.). Магнезіальні шлаки мають такий склад, мас. %: Ni заг. 0,1-0,3 Сr2О3 1,3-2,9 SiO2 48,0-55,0 СаО 2,0-4,0 4 MgO 24,0-28,0 Fe заг. 5,0-7,5 Mo 0,01 Ті 0,01 Мn 0,05 Аl2Оз 4,0-6,0 CuO 0,03-0,06 Со заг. 0,01-0,04 Силікатні шлаки мають такий склад, мас. %: Ni заг. 0,1-0,3 Сr2О3 1,3-2,9 SiO2 48,0-55,0 СаО 18,0-24,0 MgO 3,0-6,0 Fe заг. 7,0-9,5 Мо 0,02 Ті 0,07 Мn 0,1-0,2 Аl2Оз 4,0-6,0 CuO 0,03-0,06 Со заг. 0,01-0,04 Термодинамічні характеристики поводження важких металів у розплаві, таких як Ni, Сr, Мо, які присутні в електропічних шлаках феронікелевого виробництва, значно впливають на поводження в розплаві заліза й кремнію й, відповідно, на утворення пористого скломатеріалу, тому відомі способи, зокрема спосіб за [патентом РФ №2132306], не можуть бути ефективно використані для одержання пористого скломатеріалу з електропічних шлаків феронікелевого виробництва. Розігрів шихтови х матеріалів здійснюють зі швидкістю 18-19°С/хв. до досягнення температури розплаву рівної 1550-1570°С. Така швидкість розігріву ши хтових матеріалів обумовлена оптимальною швидкістю твердофазового відновлення окислів заліза й хрому по реакції (Me)+С=[Me]+CO і їхнього плавлення з утворенням твердого розчину, здатного розчиняти в собі важкі й тугоплавкі метали після їхнього відновлення. В інтервалі температур 1570-1590°С відбувається добрий поділ металевої й силікатної частин розплаву, забезпечується утворення необхідної кількості карбідів кремнію й кальцію, що сприяє спінюванню силікатної частини розплаву при його контакті з водою. У цьому ж інтервалі температур відбувається зсув термодинамічної рівноваги в газовій фазі убік утворення окису вуглецю по реакції 2СO2=2СО+О2 і спінювання силікатної частини розплаву в плавильному агрегаті. Утворення високотемпературної піни й надлишкова концентрація СО у газовій фазі приводить систему до більш глибокого відновлення металів по реакції [МеО]+CO=[Me]+СО 2, більш повного осадження відновлених металів із силікатного розплаву, а також сприяє видаленню розчинених газів з металевої фази. У процесі відновлювального плавлення відбувається й відновлення сірки (S), яка при контакті з водою утворює сірководень (H2S), що має неприємний запах. Тому бажано силікатну частину розплаву відливати у воду з концентрацією мідного купоросу (CuSO4×nH2О) 0,2-0,5г/літр для його зв'язування в нерозчинні хімічні сполуки й видалення 5 24850 тим самим неприємного запаху з пористого скломатеріалу. Карбіди, що утворяться в процесі плавлення кальцію й кремнію, при контакті з водою утворять велику кількість газів, які формують пористість скломатеріалу, що забезпечує його одержання з коефіцієнтом теплопровідності 0,03-0,06Вт/мК і насипною щільністю 50-150кг/м 3. Далі наведені приклади здійснення корисної моделі з використанням електропічних силікатних і магнезіальних шлаків феронікелевого виробництва. У перших трьох прикладах використовувалися шлаки фракцій 5-10мм. Приклад 1. У шихті, що включає силікатні шлаки, довели вміст вуглецю до 4мас. % додаванням відповідної кількості антрациту, а співвідношення SiO2/CaO до 1,8 додаванням піску й вапняку. Шихту розігрівали зі швидкістю 18°С/хв. до температури 1550°С. По досягненні зазначеної температури розплав витримували протягом 30 хвилин, при якій за рахунок формування карбідів кремнію й кальцію в розплаві відбувається інтенсивне його насичення окисом вуглецю (CO) - піноутворювання, що сприяє більш глибокому відновленню металів, а також якісному їхньому осадженню на подину плавильного агрегату. Після закінчення зазначеного часу силікатну частину розплаву відлили у воду з концентрацією мідного купоросу 0,3г/літр. При цьому відбулося миттєве спінювання маси. Металеву частину розплаву відлили в виливницю. Отриманий пористий скломатеріал мав усереднений коефіцієнт теплопровідності 0,036Втм/К, насипну щільність 90кг/м 3 і такий хімічний склад, мас. %: Ni0,014, Fe-1,0, Со-0,006, Сr2О3-0,62, SiO2-48,0, Са27,6, Mg-19,0, AI2O 3-2,5. Хімічний склад металевої фази був таким, мас. %: Ni-1,56, Cu-0,48, Cr-4,35, Co-0,4, Si-10,6, C-1,43, S-0,016, P-0,087, Mo-0,21, Mn-0,58, Ti-0,015, Fe-80,1. Вихід металу склав 8,92% від вихідного вмісту в шлаку. Приклад 2. Відрізняється від приклада 1 тим, що використовували магнезіальну сировину. Вміст вуглецю довели до 5мас. % додаванням відповідної кількості антрациту, а співвідношення SiO2/CaO до 1,9 додаванням піску й вапняку. Шихту розігрівали зі швидкістю 19°С/хв. до температури 1590°С. По досягненні зазначеної температури розплав витримували протягом 30 хвилин. Після спінювання силікатний розплав відлили у воду, як і в прикладі 1, а металеву частин у в виливницю. Отриманий пористий скломатеріал мав усереднений коефіцієнт теплопровідності 0,030Втм/К, насипну щільність 70кг/м 3 і такий хімічний склад, мас. %: Ni0,03, Fe-0,58, Со-0,089, Сr2О3 -0,56, SiO2 -48,7, CaO -27,2, MgO-19,7, Аl2 О3 -2,3. Хімічний склад металевої фази був наступним: Ni-1,05, Cu-0,28, Cr-5,46, Co-0,06, Si-16,5, C-1,18, S-0,005, P-0,092, Mo0,019, Mn-1,18, Ti-0,078, Fe-74,5. Вихід металу склав 11,08% від вихідного вмісту в шлаку. Приклад 3. Відрізняється від прикладів 1 і 2 тим, що використовувався метод накопичувальної плавки, тобто металева частина розплаву не відливалася в виливницю протягом 3 плавок. Використовували 6 магнезіальні шлаки одного складу й кількості. У шихту вводили вуглець до 5мас. %, а співвідношення SiO2/CaO доводили до 1,9 додаванням піску й вапняку. Шихту розігрівали зі швидкістю 19°С/хв. до досягнення температури розплаву 1570°С. По досягненні зазначеної температури розплав витримували протягом 30 хвилин, після чого силікатну частину розплаву зливали як у прикладі 1. Робили нову порцію шихти, завантажували її в плавильний агрегат і плавили за зазначеними вище параметрами. Усього було зроблено три завалки шихти. По закінченні третьої плавки й відливу силікатної частини розплаву металеву частину розлили в виливницю. Отриманий скломатеріал мав усереднений коефіцієнт теплопровідності 0,032Втм/К, насипну щільність 75кг/м 3 і наступний хімічний склад, мас. %: Ni-0,011, Fe-1,40, Сr2О3-0,67, SiO2-48,1, CaO-26,1, MgO-17,7, Аl 2О32,3. Хімічний склад металевої фази був наступним: Ni-3,45, Cu-0,18, Cr-15,46, Co-0,16, Si-10,5, C-1,18, S-0,004, P-0,082, Mo-0,17, Mn-3,12, Ti-0,21, Fe65,48. Вихід металу склав 10,02% від вихідного вмісту в шлаку. Приклад 4. Відрізняється від прикладів 1, 2 і 3 тим, що використовувалися розплавлені магнезіальні шлаки з вихідною температурою 1480°С. У попередньо розігріту до температури 550-650°С шихту, що складається з вуглецю, піску й вапняку (розігрів обумовлений видаленням вологи), вливали розплавлені магнезіальні шлаки. Загальний склад шихти відповідав складу за прикладом 2: вуглець5мас. %, співвідношення SiO2/CaO-1,9. Плавлення проводили протягом 30 хвилин до досягнення температури розплаву 1570°С і повного розплавлення всіх компонентів шихти. При цій температурі витримували розплав ще 30 хвилин, протягом якого за рахунок утворення карбідів кальцію й кремнію, а також розчиненого в розплаві окису вуглецю (С) відбувалося піноутворення, що сприяє інтенсивному відновленню металів. Після закінчення зазначеного часу силікатну частину розплаву відлили у воду з концентрацією мідного купоросу 0,3г/літр, а металеву частину в виливницю. Отриманий пористий скломатеріал мав усереднений коефіцієнт теплопровідності 0,031Втм/К, насипну щільність 85кг/м 3 і такий хімічний склад, мас. %: Ni0,019, Fe-0,67, Со-0,069, Сr2О3-0,46, SiO2-48,5, СаО-27,9, MgO-19,4, Аl2О3-2,3. Хімічний склад металевої фази був таким: Ni-1,09, Cu-0,24, Cr-5,46, Co-0,04, Si-11,5, C-1,01, S-0,008, P-0,076, Mo0,029, Mn-1,78, Ti-0,073, Fe-78,4. Вихід металу склав 11,16% від вихідного вмісту в шлаку. Спосіб відповідно до корисної моделі одночасно з розширенням сировинної бази для одержання пористих скломатеріалів вирішує завдання утилізації промислових відходів феронікелевого виробництва. Так, наприклад, тільки в результаті діяльності Побужського нікелевого комбінату в рік накопичується близько 800 тисяч тон електропічних шлаків. 7 Комп’ютерна в ерстка Л.Литв иненко 24850 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601