Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПРИ ОЧИСТКЕ ГАЗОВ РУДНО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕЧИ

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к способу переработки титановых концентратов, полученных из редкометаллического сырья в рудно-термических печах, в частности, к способу переработки отходов, образующийся при очистке отходящих газов рудно-термических печей.

Известен способ очистки газов от пыли руднотермических печей (ст. Свойства газов и пыли при плавке титановых шлаков в закрытых руднотермических печах. - Козырь Н.П., Чебанов А.Е., Титомер Б.П. - Ж. Цветные металлы. - 1974, №11. - с.52-53), включающий плавку титановых концентратов в рудно-термических печах, отвод отходящих газов из печи через газоход, очистку газов от пыли и вредных примесей в циклонах, рукавных фильтрах, тканевых фильтрах, ее извлечение и дальнейшую переработку. Уловленная пыль мелкодисперсная, не абразивная, легко слипается и хорошо улавливается в тканевых фильтрах и плохо - в электрофильтрах. Пыль перед очисткой имеет следующий состав, масс.%: 29,70 TiO₂, 56,20 Fe₂O₃, 4,60 Al₂O₃, 19,0 SiO₂, 4,88 Cr₂O₃, 0,61 V₂O₅, 4,44 MnO₂, 0,74 CaO, 2,34 MgO, 2,41 C, 0,60 S.

Недостатком данного способа является то, что пыль, уловленная в металлотканевых фильтрах в виде оксидов металлов, по своим свойствам является мелкодисперсной, и при подаче ее в титановый хлоратор происходит вынос пыли совместно с газами хлоратора, пыль не успевает вступить реакцию с хлором в хлораторе и оседает в конденсационных системах хлоратора, загрязняя аппаратуру и трубопроводы и увеличивая содержание вредных примесей в циклонах, что снижает производительность хлорирования, не позволяет утилизировать из пыли ценные химические элементы и увеличивает их потери.

Известен способ очистки отходящих газов рудно-термических печей (патент РФ 2190171, опубл. 27.09.2002, бюл. №27), по количеству общих признаков принятый за ближайщий аналог-прототип. Способ включает процесс плавки титанового концентрата, двухстадийную очистку газов от пыли и вредных примесей сначала в циклонах с возвратом уловленной пыли на процесс плавки, затем в металлотканевых фильтрах с регенерацией фильтра сжатым воздухом. Пыль, полученную после очистки на фильтре, извлекают и подвергают дальнейшей переработке, например, подают на стадию хлорирования титановой шихты или перевозят на место временного хранения.

Недостатком данного способа является то, что пыль, уловленная в металлотканевых фильтрах в виде оксидов металлов, по своим свойствам является мелкодисперсной, и при переработке ее в титановых хлораторах происходит вынос пыли совместно с газами хлоратора, пыль не успевает вступить реакцию с хлором в хлораторе и оседает в конденсационных системах, загрязняя аппаратуру и трубопроводы и увеличивая содержание вредных примесей в циклонах, что снижает производительность хлорирования, не позволяет утилизировать из пыли ценные химические элементы и увеличивает их потери.

Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и позволяет уловленную в металлотканевых фильтрах пыль обработать со связующим в ровные, прочные гранулы и затем перерабатывать смесь в титановом хлораторе, что позволяет уменьшить вынос пыли из хлоратора, уменьшить отложения солей в конденсационной системе и тем самым повысить извлечение ценных компонентов из пыли, таких как диоксид титана, оксиды железа, алюминия, кремния, ванадия и другие ценные примеси, снизить загрязнение окружающей среды, повысить срок службы конденсационной аппаратуры.

Технический результат достигается тем, что предложен способ переработки отходов, образующихся при очистке газов рудно-термической печи, включающий плавку титанового концентрата в рудно-термической печи, двухстадийную очистку газов сначала в циклонах с возвратом уловленной пыли на процесс плавки, затем в металлотканевых фильтрах с получением пыли, извлечение ее из фильтров и дальнейшую переработку, в котором пыль после извлечения из металлотканевого фильтра загружают в емкость, подают на нее связующее, перемешивают с получением пастообразной смеси, которую затем гранулируют с получением гранул, сушат и направляют на дальнейшую переработку.

Кроме того, в качестве связующего используют воду при массовом соотношении Т:Ж пыль: вода, равным 1:(0.1-0.3).

Кроме того, в качестве связующего используют отходы карналлитового хлоратора в виде суспензии шлама с плотностью суспензии, равной 1,25-1,35 г/см³.

Кроме того, массовое соотношение пыли к суспензии шлама карналлитового хлоратора составляет Т:Ж, равном (3-4):1.

Кроме того, гранулы сушат при температуре 80-100°C.

Предложенный способ утилизации отходов при очистке отходящих газов рудно-термической печи путем их смешивания со связующим - с водой или со шламом карналлитового хлоратора с получением пастообразной смеси, позволяет уменьшить вынос пыли и снизить потери ценных компонентов, содержащихся в пыли, таких как диоксид титана, пентаоксид ванадия и другие примеси.

Выбор соотношения пыли к воде при массовом соотношении, равном Т:Ж=1:(0.1-0.3), и пыли к суспензии шлама карналлитовых хлораторов, равным Т:Ж=(3-4):1, позволяет получить однородную по составу пастообразную смесь, пригодную для гранулирования с получением прочных гранул, пригодных для подачи их в хлоратор, что позволяет уменьшить вынос ценных компонентов, таких как диоксид титана, оксиды железа, алюминия, кремния, ванадия и другие ценные примеси, повысить извлечение ценных химических элементов.

Подобранный в процессе опытных испытаний температурный режим сушки гранул пастообразной смеси позволяет получить прочные гранулы, не способные разрушиться и распылиться в процессе подачи их в титановый хлоратор.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволяет установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототип, как наиболее близкого по совокупности признаков аналогов, позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе утилизации пыли, образующейся при очистке газов рудно-термической печи.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразования для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».

Пример осуществления способа утилизации пыли, образующейся при выплавке титанового концентрата в рудно-термических печах.

Пример 1.

Процесс плавки титансодержащих концентратов происходит путем избирательного восстановления основной примеси - оксидов железа с получением титанового шлака, который идет на дальнейшую переработку для получения тетрахлорида титана. Температура процесса восстановления 1800±100°C. Восстановительная плавка в руднотермических печах титансодержащего сырья - титанового концентрата - осуществляется периодически в полузакрытом режиме работы печи. После выхода на полную токовую нагрузку на электродах при расходе электроэнергии из расчета 1300 кВт/ч на тонну загруженной в печь шихты осуществляют подгрузку восстановителя в печь, и затем слив шлака и чугуна из печи. В процессе восстановительной плавки образуются колошниковые газы в количестве (объемный расход) 15000 м³/ч. Запыленность отходящих газов составляет от 6 до 60 г/м³. Химический состав пыли до циклонов, масс.%: TiO₂ 57,7; FeO 22,1; CaO 0,2; MgO 2,2; SiO₂ 9,1; MnO₂ 1,1; Cr₂O₃ 3,6; Al₂O₃ 2,7; V₂O₅ 0,29, остальное - примеси. Плотность пыли составляет 3,5 г/см³, размер частиц 1-25 мкм, пыль неабразивна. Отходящие газы удаляются из печи принудительной тягой с помощью вентиляторов горячего дутья через систему газоходов. Уловленная пыль из циклонов возвращается обратно в печь. Состав пыли после циклонов, следующий, масс.%: TiO₂ 35,7; FeO 28,1; CaO 1,0; MgO 3,6; SiO₂ 8,2; MnO₂ 2,3; Cr₂O₃ 1,2; Al₂O₃ 2,1; V₂O₅ 0,27, остальное - примеси. Затем отходящие газы поступают в секции металлотканевого фильтра типа ФМК-950. Фильтр перед началом работы предварительно прогревают до температуры 400°C. При прохождении газов через металлическую сетку карманов происходит вторичная очистка газов от пыли. Осевшая пыль на металлической сетке встряхивается предварительно осушенным сжатым воздухом. Сжатый воздух подают в фильтр под давлением 0,4-4 МПа, объемный расход сжатого воздуха в системе регенерации составляет не менее 200 м³/ч. Далее очищенный газ при помощи вентилятора ВВДН-17 через вертикальный газоход-трубу выбрасывается в атмосферу. Уловленная пыль накапливается в бункерах. Далее из бункеров пыль перегружается в специальные бочки, из которых - по мере ее накопления - направляют на дальнейшую переработку. Для этого в эмалированную емкость вместимостью 2 дм³ загружают 400 г пыли и постепенно при перемешивании с помощью мешалки роторного типа заливают 82 г воды при массовом соотношении пыль: вода равным 1:0.2. Полученную однородную пастообразную смесь подают на гранулирование, например в одношнековый гранулятор-экструдер с ручным приводом с диаметром червяка 40 мм и длиной 85 мм. Полученные гранулы сушат в сушильном шкафу при температуре 90°C и направляют на хлорирование в титановый хлоратор. Гранулы по внешнему виду плотные, гладкие, не слипаются между собой. Состав полученных гранул, масс.%: 36,7 TiO₂, 13,0 SiO₂, 26,1 FeO, 2,3 Al₂O₃, 1,2 MgO, 0,35 CaO, 2,6 MgCl₂ 0,1 KCl, 0,16 NaCl, остальное - примеси. На условия формирования и качество гранул оказывает влияние диаметр отверстий фильеры гранулятора. Наилучшие результаты получены при диаметре отверстий 5 мм и соответственно размер гранул составляет 5 мм.

Пример 2.

Процесс плавки титансодержащих концентратов происходит путем избирательного восстановления основной примеси - оксидов железа получение титанового шлака, который идет на дальнейшую переработку для получения тетрахлорида титана. Температура процесса восстановления 1800±100°C. Восстановительная плавка в руднотермических печах титансодержащего сырья - титанового концентрата - осуществляется периодически в полузакрытом режиме работы печи. После выхода на полную токовую нагрузку на электродах при расходе электроэнергии из расчета 1300 кВт/ч на тонну загруженной в печь шихты осуществляют подгрузку восстановителя в печь, и затем слив шлака и чугуна из печи. В процессе восстановительной плавки образуются колошниковые газы в количестве (объемный расход) 15000 м³/ч. Запыленность отходящих газов составляет от 6 до 60 г/м³. Химический состав пыли до циклонов, масс.%: TiO₂ 57,7; FeO 22,1; CaO 0,2; MgO 2,2; SiO₂ 9,1; MnO₂ 1,1; Cr₂O₃ 3,6; Al₂O₃ 2,7; V₂O₅ 0,29, остальное - примеси. Плотность пыли составляет 3,5 г/см³, размер частиц 1-25 мкм, пыль не абразивна. Отходящие газы удаляются из печи принудительной тягой с помощью вентиляторов горячего дутья через систему газоходов, работающих на принудительном охлаждении с помощью системы испарительного охлаждения. Уловленную пыль из циклонов возвращают обратно в рудно-термическую печь. Состав пыли после циклонов, следующий, масс.%: TiO₂ 35,7; FeO 28,1; CaO 1,0; MgO 3,6; SiO₂ 8,2; MnO₂ 2,3; Cr₂O₃ 1,2; Al₂O₃ 2,1; V₂O₅ 0,27. остальное - примеси. Затем отходящие газы поступают в секции металлотканевого фильтра типа ФМК-950. Фильтр перед началом работы предварительно прогревают до температуры 400°C. При прохождении газов через металлическую сетку карманов происходит вторичная очистка газов от пыли. Осевшая пыль на металлической сетке встряхивается предварительно осушенным сжатым воздухом. Сжатый воздух подают в фильтр под давлением 3 МПа, объемный расход сжатого воздуха в системе регенерации составляет не менее 200 м³/ч. Далее очищенный газ при помощи вентилятора ВВДН-17 через вертикальный газоход-трубу выбрасывается в атмосферу. Уловленную пыль накапливают в бункерах и по мере накопления перегружают в специальные бочки, из которых ее направляют на дальнейшую переработку. Пыль смешивают со связующим, в частности, с отходами карналлитовых хлораторов в виде суспензии щлама. Шлам карналлитовых хлораторов получают в процессе обезвоживания карналлита в расплавленном состоянии на второй стадии обезвоживания. Состав шламов, масс.%: MgCl₂ 23-25; MgO 46-50; KCl 18-20; NaCl 4,8-5,5. По мере накопления шлама в карналлитовом хлораторе шлам извлекают в расплавленном состоянии вакуум-ковшом, выливают в емкость, охлаждают и измельчают до крупности частиц - 30-50 мм. Затем шлам смешивают с водой при соотношении 0,7:1 и при температуре 90°C с получением суспензии гидроксида магния. Полученную суспензию с плотностью 1,33 г/см³ используют в качестве связующего. Для этого 400 г пыли смешивают 90 л суспензии шлама в эмалированной емкости, перемешивают с помощью мешалки роторного типа при соотношении пыли к суспензии, равном Т:Ж=1:0.22 с получением пастообразной смеси. Полученную пастообразную смесь подают на гранулирование, например в одношнековый гранулятор. Полученные гранулы сушат в сушильном шкафу при температуре 95°C и направляют на хлорирование в титановый хлоратор. Гранулы по внешнему виду плотные, гладкие, не слипаются между собой, размер гранул 5 мм. Состав полученных гранул, масс.%: 32,5 ToO₂, 11,3 SiO₂, 22,2 FeO, 2,1 AlO₃, 4,9 MgO, 2.6 MgCl₂, 2,1 KCl, 0,71 NaCl, остальное - другие примеси.

Таким образом, предлагаемый способ переработки отходов, образующихся при очистке газов рудно-термических печей, позволяет утилизировать отходы в виде гранул в титановом хлораторе, уменьшить потери ценных компонентов, уменьшить загрязнение окружающей среды. Использование в качестве связующего суспензии шлама карналлитовых хлораторов позволяет дополнительно утилизировать отходы магниевого производства.