×
27.12.2019
219.017.f2a1

Способ безуглеродного селективного извлечения цинка и свинца из пыли электросталеплавильного производства и устройство для его реализации

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к технологии и устройству для селективного получения цинка и свинца (или их оксидов) из пыли металлургического производства и отходов производства цинка аналогичного состава. Непрерывное безуглеродное селективное извлечение цинка и свинца из пыли электросталеплавильного производства включает селективное извлечение свинца и цинка, протекающее в двух последовательно расположенных реакционных зонах. Используют электросталеплавильную пыль, содержащую не более 3% углерода с отношением содержания кислорода к содержанию углерода в диапазоне 12,7-25. Пыль подают со скоростью 3,0-3,5 т/ч в первую реакционную зону, нагревают до 1350-1400±10 К и извлекают свинец. Затем пыль, очищенную от свинца, подают во вторую реакционную зону через конусный шнековый измельчитель, накопительный бункер и секторный питатель, в которой пыль нагревают до 1800-2050±10 К и извлекают цинк. После этого пыль, очищенную от свинца и цинка, направляют в накопитель. Изобретения позволяют повысить степень извлечения цинка и свинца из сталеплавильной пыли. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 6 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к технологии и устройству для селективного получения цинка и свинца (или их оксидов) из пыли металлургического производства (преимущественно электросталеплавильного) и отходов производства цинка аналогичного состава без дополнительного введения восстановителя. Извлечение свинца протекает при использовании топлива в барабанной вращающейся печи; цинка - с помощью плазменного или дугового источника энергии. Способ селективного извлечения цинка и свинца из пыли обеспечивается при контроле давления и температуры процесса в каждой реакционной зоне. Устройство для реализации рассматриваемого способа состоит из барабанной вращающейся печи, камеры, оснащенной струйным плазматроном, систем газоочистки с рукавными фильтрами для сбора конденсата свинца и цинка (их оксидов). Изобретение позволяет раздельно получить порошки цинка и свинца (их оксидов) без введения дополнительного восстановителя, а полученный железосодержащий продукт после грануляции вернуть в металлургическое производство.

Аналогом изобретения является вельц-процесс, позволяющий перерабатывать материалы, содержащие цинк и свинец, при котором материал с восстановителем и флюсами во вращающейся трубчатой печи нагревают до температур возгонки металлов (1100-1300°С), которые затем улавливаются в виде пыли. Недостатки данного способа: невозможность применения технологии для селективного извлечения цветных металлов, высокие показатели расхода восстановителя и флюсов.

Аналогом изобретения служит процесс выделения оксидов цинка и свинца из пыли, образующейся в сталеплавильном и литейном производствах, который заключается в изготовлении брикетов из пыли и углеродсодержащего связующего, дальнейшего их упрочнения при температуре 315°С, извлечении цинка и свинца при температуре 1370°С с дальнейшим окислением металлов до оксидов и их улавливании в пылесборнике (Svend Bergsoe. Method for treating flue dust containing lead. Paul Bergsoe & Son AJS. US 4013456 A. May. 22, 1977). Недостатками данного способа являются: совместное извлечение цветных металлов из пыли, высокая энергоемкость и ресурсоемкость процесса (необходимо введение восстановителя и флюсов).

Прототипом изобретения служит устройство для селективного получения цинка и свинца из пыли электросталеплавильного производства (Симонян Л.М., Шкурко Е.Ф., Алпатова А.А. RU 2623509), в котором материал проходит две реакционные камеры, позволяющие проводить последовательное извлечение свинца и цинка. Недостатки: высокая трудоемкость достижения селективного извлечения цинка и свинца в виду сложности управления температурой процесса в первой реакционной зоне.

Технический результат первого изобретения заключается в возможности непрерывного селективного извлечения цинка и свинца из электросталеплавильной пыли.

Технический результат второго изобретения заключается в возможности повышения степени извлечения свинца и цинка из электросталеплавильной пыли за счет регулирования мощности топливосжигающего устройства в первой зоне и плазматрона во второй зоне (т.е. создании на оси дуги требуемой температуры) и скорости подачи пыли (лежит в интервале 3,0-3,5 т/час для переработки 30000 т пыли в год).

Технический результат в первом изобретении достигается тем, что способ безуглеродного селективного извлечения цинка и свинца из пыли электросталеплавильного производства, характеризуется тем, что селективное извлечение протекает в двух последовательно расположенных реакционных зонах, отличающийся тем, что электросталеплавильная пыль, содержащая не более 3% углерода и характеризующаяся отношением содержания кислорода к содержанию углерода в диапазоне 12,7-25 со скоростью 3,0-3,5 т/час подают в первую реакционную зону, нагревают до 1350-1400±10 К, извлекают свинец, затем электросталеплавильную пыль, очищенную от свинца, подают во вторую реакционную зону через конусный шнековый измельчитель, накопительный бункер и секторный питатель, в которой пыль нагревают до 1800-2050±10 К, извлекают цинк, после этого пыль, очищенную от свинца и цинка, направляют в накопитель, из которого ее удаляют с помощью выпускной летки и доставляют на грануляцию.

Для определения условий селективного извлечения цинка и свинца из электросталеплавильной пыли приведен график зависимости температуры испарения соединений цинка и свинца от отношения содержания кислорода к содержанию углерода в электросталеплавильной пыли (Фиг. 1). При условии, что содержание углерода в пыли менее 3%, определяется отношение содержания кислорода к содержанию углерода. Если это значение лежит в интервале 12,7-25, селективное извлечение цветных металлов возможно. Через значение, равное отношению содержания кислорода к содержанию углерода перпендикулярно оси абсцисс проводят прямую, которая пересекает температурные кривые извлечения свинца и цинка. Значения оси ординат в точках пересечения кривых показывают термодинамически рассчитанные температуры извлечения свинца и цинка. Если разница между температурами извлечения свинца и цинка более 400 К, можно говорить о селективном извлечении свинца и цинка. Если разница температур менее 400 К, можно реализовать только селективное извлечение цинка.

Технический результат во втором изобретении достигается тем, что устройство для безуглеродного селективного извлечения цинка и свинца из пыли электросталеплавильного производства содержит две последовательно расположенные реакционные зоны извлечения свинца и цинка и характеризуется тем, что вторая реакционная зона представляет собой камеру, имеющую наклонную стенку, напротив которой размещен водоохлаждаемый струйный плазмотрон, а в верхней части камеры расположена система улавливания паров цинка, отличающееся тем, что первая реакционная зона извлечения свинца представляет собой барабанную вращающуюся печь, имеющую уклон 3-6° в сторону выгрузки, которая соединена с топочной камерой, оснащенной топливосжигающим устройством, а со стороны загрузки шихты расположена система улавливания паров свинца, при этом наклонная стенка камеры для извлечения цинка расположена под углом 20-40°, а нижняя часть камеры оборудована накопителем с выпускной леткой, наряду с этим вторая реакционная зона извлечения цинка соединяется с реакционной зоной извлечения свинца посредством конусного шнекового измельчителя, накопительного бункера и секторного питателя.

Реализация поясняется чертежами, где Фиг. 1 - График зависимости температуры испарения соединений цинка и свинца от отношения содержания кислорода к содержанию углерода в электросталеплавильной пыли; Фиг. 2 - Устройство для селективного извлечения свинца и цинка, где 1 - загрузочный бункер для пыли, содержащей цинк и свинец; 2 - шнековый питатель; 3 - труба для подачи во вращающуюся печь шихты самотеком; 4 - барабан печи; 5 - топочная камера; 6 - топливосжигающее устройство; 7 - скребок для съема материала; 8 - система улавливания паров свинца (оксида свинца); 9, 11 - накопительный бункер; 10 - конусный шнековый измельчитель; 12 - секторный питатель, обеспечивающий скорость подачи пыли и создающий газовый затвор; 13 - реакционная камера испарения цинка; 14 - струйный водоохлаждаемый п лазматрон; 15, 16 - подача плазмообразующего газа; 17 - подача воды на охлаждение; 18 - отвод воды; 19 - система улавливания паров цинка (оксида цинка); 20 - датчики температуры и уровня очищенного от свинца и цинка расплава; 21 - накопитель расплава; 22 - летка для выпуска расплава из накопителя.

Технология осуществляется следующим образом.

Из бункера (1) посредством шнекового питателя (2) по наклонной трубе (3) пыль подходящего состава (соотношение кислорода к углероду в исходном сырье в диапазоне 12,7-25 при содержании углерода не более 3%) подается в барабан печи (4), оснащенной топочной камерой (5). Требуемые температуры процесса (1350-1400±10 К) обеспечиваются за счет сжигания топлива с помощью топливосжигающего устройства (6). При вращении печи материал перемещается от загрузочного края к разгрузочному, попадая в накопительный бункер (9). Для удобства разгрузочный край барабана оснащен скребком для съема материала (7), так как возможно его налипание на стенках барабана за счет расплавления легкоплавких соединений. В процессе движения материала в барабане происходит извлечение свинца (оксида свинца), который попадает в систему улавливания паров (8). Очищенная от свинца пыль из накопительного бункера (9) попадает в конусный шнековый измельчитель (10), затем в накопительный бункер (11), из которого с помощью секторного питателя (12) измельченный материал попадает в реакционную камеру испарения цинка (13). Извлечение цинка из пыли осуществляется за счет использования струйного водоохлаждаемого плазматрона (14). Извлечение цинка в зоне оси дуги плазматрона (14) при этом протекает в диапазоне температур 1800-2050±10 К. В результате цинк (оксид цинка) удаляется из пыли и попадает в систему улавливания паров (19). Пыль, подвергнутая обработке плазматроном (14) становится железосодержащим расплавом и стекает в накопитель (21). Контроль уровня расплава и его температуры осуществляется с помощью датчиков (20). По достижению заданного уровня расплав выпускается с помощью летки (22). Очищенный от свинца и цинка железосодержащий расплав поступает на грануляцию, а затем в агломерационное производство, уловленные цинк и свинец (или их оксиды) - на заводы цветной металлургии для получения слитков цинка и свинца.

Предложенный способ проверен на электросталеплавильной пыли разного состава экспериментально и с помощью программной системы для моделирования фазового и химического равновесия «Terra».

Пример 1.

Электросталеплавильная пыль, содержащая, % масс: Fe - 24,9; Zn - 12,0; Pb - 2,1; С - 7,9 (остальные: S - 1,6; Mn - 2,3; Si - 6,3; Na - 1,1; Mg - 1,5; Са - 4,3; K - 1,1; Al - 0,57; Р - 0,1; Cr - 0,23; Cu - 0,15; Ti - 0,06; Ni - 0,035; V - 0,016; О, предположительно, 33,74). Расчетное соотношение кислорода к углероду - 4,3. Предположительно 10% цинка присутствует в виде фазы ZnS, испарение которой протекает при Т=1501 К. Для селективного извлечения цинка и свинца из электросталеплавильной пыли разница между температурами удаления цинка (оксида цинка) и свинца (оксида свинца) должна быть не менее 400 К. Полученные по результатам моделирования температуры испарения свинца и цинка составляют 1396 К и 1380 К, соответственно, т.е. разница менее 400 К и предлагаемая технология не может быть применена для селективного извлечения свинца и цинка для пыли, рассмотренной в примере, т.е. с содержанием углерода ~ 8%.

Пример 2.

Электросталеплавильная пыль, содержащая, % масс: Fe - 39,5; Zn - 13,5; Pb - 0,80; С - 2,9 (остальные: S - 0,46; Са - 5,9; Mn - 2,6; Si - 1,3; Na - 2,8; Mg - 1,5; Cl - 1,8; K - 1,0; Al - 0,2; P - 0,1; Cr - 0,2; Cu - 0,2; Ti - 0,05; О, предположительно, 25,19). Расчетное соотношение кислорода к углероду - 8,7. Полученные по результатам моделирования температуры полного испарения свинца и цинка - 1389 К и 1557 К, соответственно. Так как разница между температурами извлечения свинца и цинка составляет менее 400 К, то извлечение свинца будет сопровождаться значительным извлечением цинка, т.е. предлагаемая технология не может быть применена для селективного извлечения свинца и цинка для пыли, рассмотренной в примере.

Пример 3.

Электросталеплавильная пыль, содержащая, % масс: Fe - 39,9; Zn - 13,7; Pb - 0,80; С - 2,0; (остальные: S - 0,47; Са - 6,0; Mn - 2,6; Si - 1,3; Na - 2,8; Mg - 1,5; Cl - 1,8; K - 1,0; Al - 0,2; P - 0,1; Cr - 0,2; Cu - 0,2; Ti - 0,05; О, предположительно, 25,38). Расчетное соотношение кислорода к углероду - 12,7. Полученные по результатам моделирования температуры полного испарения свинца и цинка - 1398 К и 1803 К, соответственно. Так как разница между температурами извлечения свинца и цинка составляет 405 К, т.е. более 400 К, то предлагаемая технология может быть применена для селективного извлечения свинца и цинка для пыли, рассмотренной в примере.

Пример 4.

Электросталеплавильная пыль, содержащая, % масс: Fe - 40,8; Zn - 14,0; Pb - 0,80; С - 1,0 (остальные: S - 0,47; Са - 6,3; Mn - 2,6; Si - 1,4; Na - 2,8; Mg - 1,5; Cl - 1,8; K - 1,0; Al - 0,2; P - 0,1; Cr - 0,2; Cu - 0,2; Ti - 0,05; О, предположительно, 24,98). Расчетное соотношение кислорода к углероду - 25. Полученные по результатам моделирования температуры испарения свинца и цинка - 1406 К и 2035 К, соответственно. Так как разница между температурами извлечения свинца и цинка существенно превышает 400 К, то предлагаемая технология может быть применена для селективного извлечения свинца и цинка для состава пыли, рассмотренного в примере.

Пример 5.

Электросталеплавильная пыль, содержащая, % масс: Fe - 40,8; Zn - 14,0; Pb - 0,80; С - 1,43 (остальные: S - 0,48; Са - 6,1; Мп - 2,7; Si - 1,3; Na - 2,9; Mg - 1,5; Cl - 1,8; K - 1,0; Al - 0,2; P - 0,1; Cr - 0,2; Cu - 0,2; Ti - 0,05; О, предположительно, 24,44). Расчетное соотношение кислорода к углероду - 17,1. Полученные по результатам моделирования температуры испарения свинца и цинка - 1412 К и 1837 К, соответственно. Так как разница между температурами извлечения свинца и цинка превышает 400 К, то предлагаемая технология может быть применена для селективного извлечения свинца и цинка для состава пыли, рассмотренного в примере.

Пример 6.

6.1. Электросталеплавильная пыль, содержащая, % масс: Fe - 40,0; Zn -13,7; Pb - 0,80; С - 1,74 (остальные: S - 0,47; Са - 6,0; Mn - 2,6; Si - 1,3; Na - 2,8; Mg - 1,5; Cl - 1,8; K - 1,0; Al - 0,2; P - 0,1; Cr - 0,2; Cu - 0,2; Ti - 0,05; О, предположительно, 25,74). Расчетное соотношение кислорода к углероду - 14,8. По результатам моделирования получены температуры полного испарения свинца и цинка - 1402 К и 1815 К, соответственно. Так как разница между температурами извлечения свинца и цинка составляет более 400 К, то предлагаемая технология может быть применена для селективного извлечения свинца и цинка для пыли, рассмотренной в примере.

6.2. Экспериментальное подтверждение расчетов.

Опыты для подтверждения селективного извлечения свинца в низкотемпературной первой зоне проведены в муфельной печи СНОЛ 3/11 - В (нагрев до температуры 1423 К в воздушной атмосфере, скорость нагрева - 5 К/мин; выдержка - 60 минут). Вторая высокотемпературная зона, необходимая для извлечения цинка достигалась в лабораторной плазменно-дуговой установке (U=30 В, I=117 А; р=0,75 - 1,0 атм.; расход аргона - 2 л/мин., продолжительность нагрева - 40 с; расчетная температура дуги на оси - 5500 К). Полученные степени извлечения составили: свинца - 83,5% (с извлечением 4,9% цинка); цинка - 99,3% (без свинца).

Относительно низкая степень извлечения свинца предположительно связана с недостатком времени, необходимого для более полного протекания процесса (этот недостаток устраняется во вращающихся печах). Частичное извлечение цинка при температуре 1423 К возможно связано с неточным соблюдением температурного режима (температура превышала заданное значение на 21 К, т.к. регулировка не позволяла установить заданную температуру).

Доказана сопоставимость результатов моделирования и эксперимента, что показывает перспективную возможность применения рассматриваемой технологии на практике с незначительной корректировкой для отдельно взятых составов электросталеплавильной пыли, удовлетворяющих описанным требованиям.

Примечание. При содержании углерода менее 2% возможно селективное извлечение цинка и свинца, при содержании углерода в интервале 2-3% - селективно извлекается цинк, в то время как в свинец может перейти до 5% цинка.


Способ безуглеродного селективного извлечения цинка и свинца из пыли электросталеплавильного производства и устройство для его реализации
Способ безуглеродного селективного извлечения цинка и свинца из пыли электросталеплавильного производства и устройство для его реализации
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 322 items.
20.06.2016
№217.015.03df

Оправка прошивного стана

Изобретение относится к области обработки металлов давлением на станах винтовой прокатки. Оправка имеет переменный профиль. Возможность удаления дефектов непрерывнолитой заготовки, уменьшение разностенности получаемых гильз обеспечивается за счет того, что в оправке с переднего торца,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002587702
Дата охранного документа: 20.06.2016
10.04.2016
№216.015.2b53

Способ изготовления струеформирующих сопел

Изобретение относится к области производства струеформирующих сопел, которые могут быть использованы для очистки поверхностей, удаления покрытий, создания шероховатости на поверхности, для резки и разделения материалов. Способ включает формирование рабочего отверстия в композиционном алмазном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579598
Дата охранного документа: 10.04.2016
10.04.2016
№216.015.2b79

Усиливающий сверхпроводящий метаматериал

Использование: для сверхмалошумящего усиления слабых радиотехнических сигналов. Сущность изобретения заключается в том, что усиливающий сверхпроводящий метаматериал состоит из гальванически связанных элементарных ячеек, смещенных постоянным током и проявляющих эффект квантовой интерференции с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579813
Дата охранного документа: 10.04.2016
10.04.2016
№216.015.2c52

Способ акустического каротажа

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения координат трещиноватых зон, пересекающих измерительную скважину, пробуренную в кровле выработки. Способ основан на экспериментально установленной закономерности влияния трещиноватой зоны на корреляционные характеристики...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579820
Дата охранного документа: 10.04.2016
10.04.2016
№216.015.2cca

Способ извлечения золота из руд

Изобретение относится к области цветной металлургии. Способ извлечения золота включает цианирование руды при измельчении. В мельницу последовательно подают при соотношении твердой фазы к жидкой фазе от 3:2 до 2:1 предварительно дробленную до крупности фракций от 2 мм до 4 мм руду, добавку...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579858
Дата охранного документа: 10.04.2016
10.04.2016
№216.015.2cd6

Способ защиты поверхности сляба из низколегированной стали перед его нагревом в методической печи под прокатку

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при подготовке слябов из низколегированных сталей перед нагревом под прокатку. Способ защиты поверхности сляба из низколегированной стали при прокатке включает напыление алюминиевого газотермического покрытия на широкие грани...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579866
Дата охранного документа: 10.04.2016
10.04.2016
№216.015.2d7d

Способ получения деформированных полуфабрикатов из сплава на основе алюминия

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия системы Al-Fe-Si в виде тонколистового проката, фольги, листов, плит, прессованных профилей, проволоки и др. Из деформированных полуфабрикатов могут быть получены изделия, предназначенные для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579861
Дата охранного документа: 10.04.2016
10.04.2016
№216.015.2e9d

Способ определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах

Изобретение относится к геологии и может быть использовано при проектировании зданий и сооружений для определения количества незамерзшей воды в мерзлых грунтах. Для этого осуществляют бурение скважин с отбором керна, оттаивают полученный образец замороженного грунта и определяют суммарное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002580316
Дата охранного документа: 10.04.2016
10.04.2016
№216.015.3217

Способ получения биоактивного покрытия с антибактериальным эффектом

Изобретение относится к медицине. Описан способ получения биоактивного покрытия с антибактериальным эффектом, который включает электроискровую обработку поверхности подложки обрабатывающим электродом, следующего состава (вес. %):биоактивная добавка - 5-40,антибактериальная металлическая добавка...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002580628
Дата охранного документа: 10.04.2016
10.04.2016
№216.015.321e

Способ получения биоактивного покрытия с антибактериальным эффектом

Изобретение относится к области медицины, а именно к способу получения биоактивного покрытия с антибактериальным эффектом, включающий электроискровую обработку поверхности токопроводящей подложки обрабатывающим электродом, состоящим из биоактивной добавки в количестве 5-40 вес.%;...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002580627
Дата охранного документа: 10.04.2016
Showing 1-1 of 1 item.
26.08.2017
№217.015.d940

Устройство для селективного получения цинка и свинца из пыли электросталеплавильного производства

Изобретение относится к устройству для селективного получения цинка и свинца из пыли электросталеплавильного производства из пыли металлургического производства. Устройство содержит последовательно расположенные две реакционные камеры для испарения свинца и испарения цинка, при этом над...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002623509
Дата охранного документа: 27.06.2017
+ добавить свой РИД