Спосіб видалення сірки з металургійних шлаків

1. Спосіб видалення сірки з металургійних шлаків, що включає обробку металургійного шлаку, у вигляді шматків, рідким реагентом, який відрізняється тим, що як рідкий реагент застосовують водний розчин Са(ОН)2 з рН не менше 8,0. 2. Спосіб видалення сірки з металургійних шлаків за п. 1, який відрізняється тим, що обробку шлаку водним розчином Са(ОН)2 здійснюють не менше 15 хвилин. 3. Спосіб видалення сірки з металургійних шлаків за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що його проводять в установці, яка включає похилий жолоб, по якому оброблюваний шлак переміщують знизу вверх, а водний розчин Са(ОН)2 подають зверху похилого жолоба в протитечію шлаку. Винахід відноситься до металургії та найефективніше може бути використаний при переробці і утилізації металургійних шлаків. Відомий спосіб видалення з’єднань сірки з газів металургійних печей, що відходять, що включає обробку газового потоку в скруббері вапняним молоком з подачею газу від низу до верху, а вапняного молока в протитечію газу: зверху до низу [Старк С.Б. Газоочисні апарати і пристрої в металургійному виробництві. -М: Металургія, 1990. - С.191]. Відомий спосіб не дозволяє вирішити завдання винаходу, оскільки сірка видаляється з газу, а не з твердого матеріалу. Відомий спосіб видалення сірки з рідкого шлаку шляхом його продування киснем. Сірка, яка міститься в шлаку, окислюється киснем до SО2 і видаляється з газами, що відходять [Чудаков В.Я. Технологічні особливості факельної обробки шлакового розплаву в ковшах //Шлаки чорної металургії. - Свердловськ, 1973. - С.64-68]. Відомий спосіб дозволяє вирішити завдання винаходу частково, видаляючи сірку з розплавленого шлаку. Проте видалити сірку з твердого шлаку з відвалів такий спосіб не дозволяє. Крім того, реалізація відомого способу вимагає великих енергегичних витрат на виробництво і подачу кисню і веде до значного забруднення повітряного середовища викидами газоподібних з’єднань сірки. Найбільш близьким способом - прототипом є спосіб переробки шлаку, що включає його обробку водою в траншеї з метою отримання шлакового щебеня [Єфіменко Г.Г., Гіммельфарб А.А., Левченко В.Є. Металургія чавуну К.:, Вища школа, 1978 - С.472-429]. При зрошенні шлаку водою частина сірки видаляється. В цілому спосіб не дозволяє вирішити завдання винаходу, оскільки ступінь видалення сірки при обробці шлаку водою є низьким. Завданням винаходу є розробка способу обробки шлаку, в якому за рахунок застосування (19) UA (11) 80666 (13) (21) u200605102 (22) 10.05.2006 (24) 10.10.2007 (72) НІКОШ ІЛЛЯ АНАТОЛІЙОВИЧ, UA, ТОМАШ ОЛЕКСАНДР АНАТОЛІЙОВИЧ, UA, КАПУСТІН ОЛЕКСІЙ ЄВГЕНОВИЧ, UA, ЛОЗОВОЙ ВАЛЕРІЙ ПАНТЕЛЕЙМОНОВИЧ, UA, СЕБКО ЛЕОНІД ВОЛОДИМИРОВИЧ, UA, ГАВРИЛОВА ОЛЬГА МИКОЛАЇВНА, UA (73) ПРИАЗОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ, UA, ТОВАРИСТВО З ОБМЕЖЕНОЮ ВІДПОВІДАЛЬНІСТЮ "АЗОВІНЖИНІРІНГ", UA (56) SU, 947117, A1, 30.07.1982 UA, 6832, C1, 31.03.1995 DE, 3837249, A, 03.05.1990 JP, 10053441, A, 24.02.1998 Старк С. Б. Газоочистные аппараты и установки в металлургическом производстве. М.: Металлургия, 1990. С. 191 Чудаков Ф. Я. Технологические особенности факельной обработки шлакового расплава в C2 1 3 іншого рідкого реагенту досягається високий ступінь видалення сірки з поверхні шлаку, що дозволить розширити область застосування металургійних шлаків, як будівельних матеріалів, у тому числі і як будівельних матеріалів для гідротехнічних споруд, без забруднення навколишнього середовища сіркою та вирішити питання утилізації металургійних шлаків. Поставлене завдання вирішується тим, що в способі видалення сірки з металургійних шлаків, що включає обробку кускового металургійного шлаку рідким реагентом, відповідно до винаходу, як рідкий реагент застосовують розчин Са(ОН)2 у воді (вапняне молоко) з рН не менше 8,0. Поставлене завдання також вирішується тим, що обробку шлаку водним розчином Са(ОН)2 здійснюють не менше 15 хвилин. Поставлене завдання також вирішується тим, що оброблюваний шлак переміщають по похилому жолобу знизу у верх, а водний розчин Са(ОН)з подають зверху похилого жолоба в протитечію шлаку. Винахід пояснюється кресленнями. На Фіг.1 представлені зміна змісту сірки у всьому об’ємі шлаку (Фіг.1а) та на поверхні шматків шлаку (Фіг.1б) при його обробці водним розчином Са(ОН)2 - вапняним молоком. На Фіг.2 представлена ринва для обробки шлаку вапняним молоком в протитечії. Шлак є побічним продуктом виробництва чавуну і стали на металургійних підприємствах. Функцією шлаку в металургійних печах є очищення металу від сірки. У металургійних шлаках міститься до 3,5% сірки. При сучасному рівні технології на Україні загальний вихід шлаку складає 450-600кг/т металу. Щорічно на металургійних підприємствах України утворюється 15-20млн.т шлаку. Менше 5% шлаку, перш за все сталеплавильного, повторно використовується в металургійному виробництві у вигляді флюсів для доменної плавки або у вигляді продукту магнітної сепарації. Основна маса шлаку у вигляді шлакового щебеня або гранульованого шлаку призначена для використання в будівництві (на суші). Із-за обмеженого об’єму будівництва на Україні споживання шлаку недостатньо. В результаті на металургійних підприємствах України скопилося більше 150млн.т. шлаку. Накопичені об’єми шлаку забруднюють і виводять з природного обороту земельні ділянки значної площі. Скупчення шлаку роблять негативний вплив не тільки на землю, але і на повітряне і водне середовище, забруднюючи їх випаровуваннями і змивами сірчистих з’єднань. Підприємства, що накопичують шлак на своїй території повинні платити значні штрафи. Таким чином, питання утилізації великих партій металургійних шлаків, від 100тис.т. і вище, є вельми актуальним для України. Одним з можливих великих споживачів металургійних шлаків може бути водне, перш за все морське будівництво. Шлаковий щебінь може служити замінником природного гранітного щебеня при відсипанні гребель, причалів, зміцненні берегів, значно здешевлюючи будівництво. 80666 4 Підвищений інтерес до використання шлаку для морського будівництва може бути обумовлений перспективою здобичі природного газу з дна Азовського моря. Шлак може бути використаний для утворення штучних островів або будівництва бетонних платформ та для укріплення морських фунтів. Перевагою шлаку в цьому випадку може служити його властивість схоплюватися і тверднути з часом подібно до цементу. Перешкодою для використання шлаку в гідротехнічному будівництві є перехід сірки з шлаку у водне середовище. У лабораторних умовах досліджено взаємодію з водою зразків шлаку МК «Азовсталь» після різних методів обробки: необроблений шлак відразу після застигання (табл. 1, зразок №1), шлак, промитий водою (№2), гранульований шлак (№3), шлак з відвала з терміном зберігання 1 рік (№4), шлак, заздалегідь поміщений на 24год. в розчин вапняного молока з рН=7,5 (№5), шлак, заздалегідь поміщений на 24год. в розчин вапняного молока з рН=8,0 (№6). Зразки №1-6 поміщали в дистильовану воду на 168 год. У табл.1 приведені результати аналізу води після розташування в неї зразків шлаку. Результати аналізу води, що контактувала з мета Показник рН води після розташування шлаку Частка маси шлаку, що переходить в розчин % Частка з'єднань сірки в твердому залишку % 1 2 3 4,2 5,6 5,6 1,12 0,38 0,34 85,2 89,7 89,7 Частковий перехід маси шлаку у водне середовище свідчить про її забруднення. Із збільшенням маси шлаку, що перейшов у воду, збільшується ступінь її забруднення. Основну масу шлаку, що перейшов до розчину і забруднював воду, складають з’єднання сірки (85,2-87,9%). Встановлено, що в розчині в після розташування шлаку містяться сульфати, сульфіди, основний вміст сірки, більше 90%, доводиться на молекулярну сірку. Результати аналізу води показують, що використання необробленого шлаку (зразок №1) приведе до значного забруднення води (1,12% маси шлаку переходить в розчин) з розчиненням в ній великої кількості сірки і формуванням кислотного середовища (рН=4,2) ізза гідролізу сульфідів і утворення сірководня. Обробка шлаку водою (проби 2 і 3) і тривала витримка у відвалі (№ 4) скорочує ступінь забруднення водного середовища в 3-3,5 рази (у розчин переходить 0,31-0,38% маси шлаку), зберігає реакцію водного середовища, близьку до нейтральної (рН=5,6), але не виключає забруднення повністю. Обробка шлаку розбавленим вапняним молоком з рН=7,5 (№5) знижує ступінь забруднення води в 4 рази (у розчин переходить 0,28% маси шлаку). Проте 5 80666 6 забруднення води зберігається. Після обробки шлаку вапняним молоком з рН=8,0 (зразок №6) перехід сірки у воду не спостерігається. Сірка з поверхні шлаку утворює CaS і залишається у складі розчину вапняного молока. Забруднення водного середовища не відбувається. Таким чином, обробка шлаку водним розчином Са(ОН)2 з рН=8,0 дозволяє вирішити завдання винаходу. Із збільшенням рН вапняного молока здатність розчиняти і видаляти з’єднання сірки з шлаку збільшується. Отже, для обробки шлаку необхідно застосовувати вапняне молоко з рН=8,0 і більше (табл.2). збільшенню витрат із-за підвищеної витрати вапняного молока. У промислових умовах обробка шлаку водним розчином Са(ОН)2 (вапняним молоком) може здійснюватися в протиточному пристрої - ринвовій мийкі (Фіг.2). Пристрій включає похилий жолоб 1, лоток 2для подачі шлаку в нижню частину жолоба, шнек 3, і трубопровід 4 для підведення вапняного молока у верхню частину жолоба. Обробка шлаку вапняним молоком здійснюється таким чином. Необроблений шматковий шлак по лотку 1 подається в нижню частину жолоба 2. Шнеком 3 шлак підіймається вгору по жолобу. Замість шнекового живильника для підйому шлаку Таблиця по жолобу може застосовуватися шкребковий 2 конвейєр. Через трубопровід 4 у верхню частину Видалення сірки з поверхні кускового металургійного шлаку жолоба подається розчин Са(ОН)2 з рН не менше при обробці водним розчином Са(ОН)2 з розчин рН 8,0. Водний різним Са(ОН)2 самоплив стікає по похилому жолобу проти руху шлаку. Під час стрічного рН розчину Са(ОН)2 у воді (вапнянеруху шлаку і вапняного молока молоко) відбувається хімічна взаємодія, і сірка з поверхні менше 8,0 8,0 і більше шлаку переходить в розчин. Довжина з поверхні не зв’язана сірка і її з’єднання видаляються з не зв’язана сірка і її з’єднання видаляються жолоба і швидкість підйому шлаку вибираються так, щоб поверхні кускових металургійних шлаків не повністю кускових металургійних шлаків повністю забезпечити тривалість руху шлаку по жолобу проти потоку розчину Са(ОН)2 більше 15хв. Спосіб видалення сірки з металургійних шлаків Оброблений шлак, готовий до використання, був реалізований в ході дослідно-промислових вивантажується у вагон 5 або автомобільний випробувань на МК «Азовсталь». 40т доменного транспорт для відправки споживачу, або в шлаку завантажували в бетонний басейн і траншею для подальшого перевантаження заливали 20м3 вапняного молока з рН=8,5. Проби портальним краном в баржу, якщо територія шлаку відбиралися протягом доби на аналіз. металургійного заводу, на якій проводиться Загальний вміст сірки в шлаку протягом перших обробка шлаку, розташована на березі моря або 1,5год. скоротився з 3,42 до 1,80% (Фіг.1а). річки. Використаний розчин вапняного молока Основну загрозу для водного середовища поступає в накопичувальний басейн (на Фіг. не представляє поверхнева сірка. Її вміст знизився в показаний). У басейні розчин відстоюється. Після перші 15хв. досліджень з 1,112 до 0,104% (Фіг.1б). осідання твердих включень вапняне молоко з Надалі вміст поверхневої сірки знижувався басейну поступає в оборотний цикл і повільно і до кінця 1 доби вміст поверхневої сірки використовується для обробки шлаку повторно. зменшився до 0,015%. рН суспензії в басейні Маса, що накопичується в басейні, періодично збільшився до 13,5. Таким чином, обробка видаляється грейферним краном і складається у металургійного шлаку вапняним молоком протягом відвал. При цьому маса матеріалу у 15-20хв. нейтралізує шлак і дає можливість його сформованому відвалі в 75-100 разів менше, ніж в подальшого застосування для гідротехнічного початковому шлаку. У перспективі можливо будівництва. Зниження вмісту сірки на поверхні використання одержуваного твердого залишку для шматкового шлаку інтенсивно протікає протягом виробництва гіпсу. Продуктивність одної ринвової перших 15хв., а потім сповільнюється (Фіг.1б). мийкі досягає 50-70т шлаку на годину. Таким чином, обробка шлаку вапняним молоком Економічний ефект застосування 100тис.т. повинна продовжуватися більше 15хв. шлаку замість такої ж кількості природного щебеня при гідротехнічному будівництві орієнтовно Таблиця 3 складе: 100*(21-11)=1000тис.грн. Видалення сірки з поверхні кускового металургійного шлаку де 21 і 11 - вартість при різній тривалості обробки водним розчином Са(ОН)2 1т гранітного щебеня і обробленого шлаку відповідно, грн. Час контакту доменного шлаку з водним розчином Са(ОН)2 менше 15хв. 15хв. і більше не зв’язана сірка і її з’єднання видаляються з не зв’язана сірка і її з’єднання видаляються з поверхні шматкових металургійних шлаків не поверхні шматкових металургійних шлаків повністю повністю Завдання винаходу вирішується при будь-якій тривалості обробки шлаку вапняним молоком більше 15хв. Але найбільш раціональна тривалість обробки шлаку вапняним молоком 1520хв. Збільшення часу обробки шлаку більше 20хв. веде до зниження продуктивності установки і 7 80666 8