Спосіб переробки цинк-залізовмісних відходів металургійного виробництва

1. Спосіб переробки цинк-залізовмісних відходів металургійного виробництва, що включає змішування цинк-залізовмісних відходів з вуглецевим C2 2 (19) 1 3 залізовмісних відходів з вуглецевим відновником для одержання шихти, формування шихтових формовок і їхнє сушіння, високотемпературну обробку шихтових формовок у випалювальній печі шляхом подачі теплоносія, виділення та уловлювання оксиду цинку. Аналіз технічних властивостей найближчого аналога, обумовлених його ознаками, показує, що одержанню очікуваного технічного результату при використанні найближчого аналога перешкоджають такі причини. Гранулювання шихтової суміші з одержанням гранул діаметром 4-10 мм забезпечує одержання шихтових формовок з відносно низькою щільністю та міцністю. Для підвищення ефективності переробки цинквмісних відходів металургійного виробництва необхідно збільшувати кількість гранул, які завантажують у випалювальну піч. Але при одночасній високотемпературній обробці у випалювальній печі із заданим корисним об'ємом великої кількості гранул, щільно розташованих одна над одною, ускладнюється процес сублімації цинку, що, в свою чергу, знижує ступінь здобування цинку з відходів. А підвищення тривалості високотемпературної обробки гранул при температурі 910  1100 °С до 2 годин, веде до не обґрунтованого збільшення енерговитрат. В основу об'єкта, що заявляється, поставлена технічна задача створити такий спосіб переробки цинк-залізовмісних відходів металургійного виробництва, який за рахунок удосконалень шляхом введення нової сукупності дій та режимів їхнього виконання забезпечить досягнення технічного результату, який полягає у підвищенні ефективності переробки цинквмісних відходів металургійного виробництва за рахунок скорочення енерговитрат і підвищення ступеня здобуття цинку. Спосіб переробки цинк-залізовмісних відходів металургійного виробництва, що заявляється, включає змішування цинк-залізовмісних відходів з вуглецевим відновником для одержання шихти, формування шихтових формовок і їхнє сушіння, високотемпературну обробку шихтових формовок у випалювальній печі шляхом подачі теплоносія, виділення та уловлювання оксиду цинку. Відмітною рисою способу є те, що формування шихтових формовок здійснюють пресуванням (прокатуванням) шихтових формовок товщиною 4  10 мм, а високотемпературну обробку пресованих шихтових формовок здійснюють при 900  1100 °С протягом 0,5  1,0 години. В окремих випадках використання спосіб, що заявляється, характеризується тим, що: - змішування цинк-залізовмісних відходів з вуглецевим відновником здійснюють при масовому співвідношенні 1:0,1  0,3 та вологості 10  15 %; - шихтові формовки пресують з рифленою поверхнею; - високотемпературну обробку пресованих шихтових формовок в печі здійснюють на газопроникному транспортерному полотні, причому шихтові формовки укладають, переважно, в один шар, а подачу теплоносія у випалювальну піч здійснюють через газопроникне транспортерне полотно. 96638 4 При використанні об'єкта, що заявляється, забезпечується досягнення технічного результату, який полягає у підвищенні ефективності переробки цинквмісних відходів металургійного виробництва за рахунок скорочення енерговитрат та підвищення ступеня вилучення цинку. Між сукупністю суттєвих ознак об'єкта, що заявляється, і технічним результатом, який досягається, існує такий причинно-наслідковий зв'язок. Виготовлення шихтових формовок саме пресуванням (прокатування), для якого властивим є високий ступінь обтиснення, дозволяє забезпечити відносно високу щільність та міцність шихтових формовок товщиною 4  10 мм. Тепер у випалювальній печі із заданим корисним об'ємом можна розмістити меншу кількість шихтових формовок, які не будуть щільно притиснуті одна до одної, забезпечуючи вільний процес сублімації цинку, що, в свою чергу, підвищує ступінь витягу цинку з відходів, та підвищення чистоти сублімованого оксиду цинку завдяки відсутності у пилогазовій суміші, що відводиться, продуктів стирання формовок. Шихтова формовка може мати форму листа, смуги, бруска, стрижня, а також іншу форму. Тепер високотемпературну обробку пресованих шихтових формовок можна здійснювати при 900  1100 °С відносно недовго, протягом усього 0,5  1,0 години, що забезпечує зниження енерговитрат. Змішування цинк-залізовмісних відходів з вуглецевим відновником при масовому співвідношенні 1:0,1  0,3 та вологості 10  15 %. забезпечує одержання міцних шихтових формовок, які не руйнуються при виготовленні, під час завантажування у випалювальну піч, випалу та вивантажування. Пресування шихтових формовок з рифленою поверхнею забезпечує для кожної шихтової формовки збільшення поверхні, крізь яку здійснюється сублімація цинку, та сприяє утворенню зазорів між шихтовими формовками, що інтенсифікує процес сублімації цинку і сприяє подальшому підвищенню ступеня витягу цинку з відходів. Здійснення високотемпературної обробки пресованих шихтових формовок в печі на газопроникному транспортерному полотні, на якому шихтові формовки укладають, переважно, в один шар, а подачу теплоносія у випалювальну піч здійснюють через газопроникне транспортерне полотно, забезпечує ефективне нагрівання шихтових формовок до необхідної температури при мінімальних енерговитратах та вільний процес сублімації цинку від кожної шихтової формовки. Вибір граничних значень параметрів, включених до формули об'єкта, що заявляється, обумовлений наступним. Формування пресованих шихтових формовок товщиною менше 4 мм недоцільне, тому що це сприяє зменшенню міцності шихтових формовок, їхньому руйнуванню при виготовленні, під час завантажування у випалювальну піч, випалу та розвантажування. Формування пресованих шихтових формовок товщиною більше 10 мм недоцільне, тому що це призводить до суттєвого зниження виходу цинку з об'ємів шихтових формовок та його втратам. 5 Високотемпературна обробка пресованих шихтових формовок при температурі менше 900 °С та протягом менше 0,5 години недоцільна, тому що це призводить до суттєвого зниження виходу цинку з об'ємів шихтових формовок. Високотемпературна обробка пресованих шихтових формовок при температурі більше 1100 °С та протягом більше 1,0 години недоцільна, тому що це не дозволяє забезпечити суттєвого збільшення виходу цинку з об'ємів шихтових формовок, сприяє підвищеній витраті енергоносіїв та скороченню загальної продуктивності процесу. Змішування цинк-залізовмісних відходів з вуглецевим відновником при масовому співвідношенні меншому ніж 1:0,1 недоцільне, тому що в такому разі відновлення сполук цинку вуглецевим відновником відбувається не в повному обсязі, а у шихтових формовках утворяться зони з підвищеним залишковим вмістом цинку, що призводить до суттєвого зниження виходу цинку з об'ємів шихтових формовок та його втратам. Змішування цинк-залізовмісних відходів з вуглецевим відновником при масовому співвідношенні більшому ніж 1:0,3 недоцільне, тому що за таких умов не забезпечується збільшення ступеня витягу цинку та збільшується витрата вуглецевого відновника. Змішування цинк-залізовмісних відходів з вуглецевим відновником при вологості меншій 10 % недоцільне, тому що процес утворення шихтових формовок при цьому різко погіршується, сирі шихтові формовки руйнуються практично відразу після формоутворення. Змішування цинк-залізовмісних відходів з вуглецевим відновником при вологості більшій 15 % недоцільне, тому що процес утворення шихтових формовок при цьому теж різко погіршується, сирі формовки руйнуються практично відразу після формоутворення та у початковій стадії випалу. При реалізації способу переробки цинкзалізовмісних відходів металургійного виробництва, що заявляється, за нижченаведеними прикладами шихтові формовки укладали на газопроникному транспортерному полотні в один шар, а подачу теплоносія у випалювальну піч здійснювали через газопроникне транспортерне полотно. Гарячу пилогазову суміш відводили з випалювальної печі, уловлювали цинковий продукт, що утворювався, охолоджували шихтові формовки та повертали їх у доменне та сталеплавильне виробництво на утилізацію заліза. Приклад 1. Цинк-залізовмісний пил з сухих газоочисток мартенівського виробництва, який містив 1,5 мас. % Zn і 56 мас. % Feзаг при вологості 12 %, змішували з дрібнодисперсними відсівами коксу, які додавали у кількості 130 % від вмісту цинку в пилу. Отриману вихідну шихту формували методом пресування (прокатування) з одержанням рифлених шихтових формовок, товщиною 5 мм, які висушували. При цьому некондиційний матеріал повертали на змішування шихти. Потім отримані шихтові формовки випалювали при температурі 900 °С протягом 0,5 години в печі на газопроникному транспортерному полотні. 96638 6 Вміст цинку у випалених шихтових формовках становив 0,085 мас. %. Вміст Feзаг становив 56,2 мас. %. Вихід придатних шихтових формовок після випалу склав 96 %, обсяг повернення - 4 %. Приклад 2. Цинк-залізовмісний пил з сухих газоочисток конвертерного виробництва, який містив 2,5 мас. % Zn і 57 мас. % Feзаг при вологості 10 %, змішували з дрібнодисперсними відсівами коксу, які додавали у кількості 130 % від вмісту цинку в пилу. Отриману вихідну шихту формували методом пресування (прокатування) з одержанням рифлених шихтових формовок, товщиною 10 мм, які висушували. При цьому некондиційний матеріал повертали на змішування шихти. Потім отримані шихтові формовки випалювали при температурі 1100 °С протягом 1,0 години в печі на газопроникному транспортерному полотні. Вміст цинку у випалених шихтових формовках становив 0,07 мас. %. Вміст Feзаг становив 57,1 мас. %. Вихід придатних шихтових формовок після випалу склав 97 %, обсяг повернення – 3 %. Приклад 3. Цинк-залізовмісний пил з сухих газоочисток електросталеплавильного цеху, який містив 3,5 мас. % Zn і 57,5 мас. % Feзаг при вологості 11 %, змішували з дрібнодисперсними відсівами коксу, які додавши у кількості 130 % від вмісту цинку в пилу. Отриману вихідну шихту формували методом пресування (прокатування) з одержанням рифлених шихтових формовок товщиною 4 мм, які висушували. При цьому некондиційний матеріал повертали на змішування шихти. Потім отримані шихтові формовки випалювали при температурі 950 °С протягом 0,7 години в печі на газопроникному транспортерному полотні. Вміст цинку у випалених шихтових формовках становив 0,075 мас. %. Вміст Feзаг становив 57,7 мас. %. Вихід придатних шихтових формовок після випалу склав 97,5 %, обсяг повернення - 2,5 %. Приклад 4. Цинк-залізовмісний пил з сухих газоочисток доменного виробництва, який містив 1,2 мас. % Zn і 55,4 мас. % Feзаг при вологості 13 %, змішували з дрібнодисперсними відсівами коксу, який додавали у кількості 130 % від вмісту цинку в пилу. Отриману вихідну шихту формували методом пресування (прокатування) з одержанням рифлених шихтових формовок товщиною 3,5 мм, які висушували. При цьому некондиційний матеріал повертали на змішування шихти. Потім отримані шихтові формовки випалювали при температурі 900 °С протягом 0,5 години в печі на газопроникному транспортерному полотні. Вміст цинку в випалених шихтових формовках становив 0,08 мас. %. Вміст Feзаг становив 56,2 мас. %. Вихід придатних шихтових формовок після випалу склав 81 %, обсяг повернення – 19 %. Наведені дані підтверджують, що зменшення товщини шихтових формовок веде до зниження їхніх характеристик міцності, до їхнього руйнування в процесі завантажування, випалу та розвантажування. Це, в свою чергу, призводить до зниження загальної продуктивності процесу. 7 Приклад 5. Цинк-залізовмісний пил з сухих газоочисток доменного виробництва, який містив 1,2 мас. % Zn і 55,4 мас. % Feзаг при вологості 13 %, змішували з дрібнодисперсними відсівами коксу, який додавали у кількості 130 % від вмісту цинку в пилу. Отриману вихідну шихту формували методом пресування (прокатування) з одержанням рифлених шихтових формовок товщиною 11 мм, які висушували, при цьому некондиційний матеріал повертали на змішування шихти. Потім отримані шихтові формовки випалювали при температурі 900 °С протягом 0,5 години в печі на газопроникному транспортерному полотні. Вміст цинку у випалених шихтових формовках становив 0,28 мас. %. Вміст Feзаг становив 55,2 мас. %. Вихід придатних шихтових формовок після випалу склав 98 %, обсяг повернення - 2 %. Наведені дані підтверджують, що збільшення товщини шихтових формовок більше 10 мм призводить до суттєвого зниження виходу цинку з об'ємів шихтових формовок та його втратам. Приклад 6. Цинк-залізовмісний пил з сухих газоочисток електросталеплавильного цеху, який містив 2,5 мас. % Zn і 57,4 мас. % Feаг при вологості 12 %, змішували з дрібнодисперсними відсівами коксу, які додавали у кількості 130 % від вмісту цинку в пилу. Отриману вихідну шихту формували методом пресування (прокатування) з одержанням рифлених шихтових формовок товщиною 4 мм, які висушували, при цьому некондиційний матеріал повертали на змішування шихти. Потім отримані шихтові формовки випалювали при температурі 880 °С протягом 0,5 години в печі на газопроникному транспортерному полотні. Вміст цинку у випалених шихтових формовках становив 0,18 мас. %. Вміст Feзаг становив 56,2 мас. %. Вихід придатних шихтових формовок після випалу склав 97 %, обсяг повернення - 3 %. Наведені дані підтверджують, що зниження температури випалу шихтових формовок нижче 900 °С призводить до суттєвого зниження виходу цинку з об'ємів шихтових формовок та його втрат. Приклад 7. Цинк-залізовмісний шлам мокрих газоочисток мартенівського виробництва, який містив 2,2 мас. % Zn і 57,1 мас % Feзаг при вологості 15 %, змішували з дрібнодисперсними відсівами коксу, які додавали у кількості 130 % від вмісту цинку в шламі. Отриману вихідну шихту формували методом пресування (прокатування) з одержанням рифлених шихтових формовок товщиною 4 мм, які висушували, при цьому некондиційний матеріал повертали на змішування шихти. Потім отримані шихтові формовки випалювали при температурі 1190 °С Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 96638 8 протягом 0,5 години в печі на газопроникному транспортерному полотні. Вміст цинку у випалених шихтових формовках становив 0,08 мас. %. Вміст Feзаг становив 57,2 мас. %. Вихід придатних шихтових формовок після випалу склав 97 %, обсяг повернення - 3 %. Наведені дані підтверджують, що збільшення температури випалу шихтових формовок вище 1100 °С не призводить до суттєвого збільшення виходу цинку з об'ємів шихтових формовок та обумовлює підвищену витрату енергоносіїв. Приклад 8. Цинк-залізовмісний шлам мокрих газоочисток доменного виробництва, який містив 1,7 мас. % Zn і 56,1 мас. % Feзаг при вологості 14 %, змішували з дрібнодисперсними відсівами коксу, які додавали у кількості 130 % від вмісту цинку в шламі. Отриману вихідну шихту формували методом пресування (прокатування) з одержанням рифлених шихтових формовок товщиною 4 мм, які висушували, при цьому некондиційний матеріал повертали на змішування шихти. Потім отримані шихтові формовки випалювали при температурі 1100 °С протягом 0,4 години в печі на газопроникному транспортерному полотні. Вміст цинку у випалених шихтових формовках становив 0,2 мас. %. Вміст Feзаг становив 56,2 мас. %. Вихід придатних шихтових формовок після випалу склав 97 %, обсяг повернення - 3 %. Наведені дані підтверджують, що скорочення тривалості випалу, яка становить менше 0,5 години, призводить до суттєвого зниження виходу цинку з об'ємів шихтових формовок та його втратам. Приклад 9. Цинк-залізовмісний шлам мокрих газоочисток доменного виробництва, який містив 1,7 мас. % Zn і 56,1 мас. % Feзаг при вологості 14 %, змішували з дрібнодисперсними відсівами коксу, які додавали у кількості 130 % від вмісту цинку в шламі. Отриману вихідну шихту формували методом пресування (прокатування) з одержанням рифлених шихтових формовок товщиною 4 мм, які висушували, при цьому некондиційний матеріал повертали на змішування шихти. Потім отримані шихтові формовки випалювали при температурі 1100 °С протягом 1,2 години в печі на газопроникному транспортерному полотні. Вміст цинку у випалених шихтових формовках становив 0,07 мас. %. Вміст Feзаг становив 56,2 мас. %. Вихід придатних шихтових формовок після випалу склав 97 %, обсяг повернення - 3 %. Наведені дані підтверджують, що збільшення тривалості випалу, яка становить більше 1,0 години, не призводить до суттєвого збільшення виходу цинку з об'ємів шихтових формовок, а призводить до підвищення витрати енергоносіїв та до зниження загальної продуктивності процесу. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601