Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЦИНК-ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ ПЫЛЕЙ ИЛИ ШЛАМОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

Заявляемый объект относится к способам получения металлов, а именно к переработке цинк-железосодержащих отходов (шламов или пыли мокрых и сухих газоочисток доменного, мартеновского, конверторного, электросталеплавильного производств) и может быть использован в черной и цветной металлургии для получения цинка.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому объекту является выбранный в качестве прототипа способ переработки цинк-железосодержащих отходов металлургического производства, включающий смешивание цинк-железосодержащих отходов с углеродистым восстановителем для получения шихты, формование шихтовых формовок и их сушку, высокотемпературную обработку шихтовых формовок в обжиговой печи путем подачи теплоносителя, выделение и улавливание оксида цинка. При этом исходную шихтовую смесь гранулируют с получением гранул диаметром 4-10 мм и влажностью 11-15 мас.%, высокотемпературную обработку гранул ведут при температуре 910-1100°С в течение 1-2 ч., улавливание возгонов цинка ведут путем отвода 70-80% общего объема цинксодержащей пылегазовой смеси из реакционной зоны обжиговой печи, а оставшийся объем пылегазовой смеси отводят из холодного конца обжиговой печи (патент на полезную модель UA №4720, МПК С22В 5/10, F23G 7/00, опубл. 15.02.2005).

У заявляемого объекта и прототипа совпадают такие существенные признаки. Оба способа включают смешивание цинк-железосодержащих пылей или шламов с углеродистым восстановителем для получения шихты, формование шихтовых формовок и их сушку, высокотемпературную обработку шихтовых формовок в обжиговой печи путем подачи теплоносителя, выделение и улавливание оксида цинка.

Анализ технических свойств прототипа, обусловленных его признаками, показывает, что получению ожидаемого технического результата при использовании прототипа препятствуют следующие причины.

Гранулирование исходной шихтовой смеси с получением гранул диаметром 4-10 мм обеспечивает получение шихтовых формовок с относительно низкой плотностью и прочностью. Для повышения эффективность переработки цинк-железосодержащих пылей или шламов металлургического производства необходимо увеличивать количество помещаемых в обжиговую печь гранул. Но при одновременной высокотемпературной обработке в обжиговой печи с заданным полезным объемом большого количества гранул, плотно расположенных друг над другом, затрудняется процесс возгонки цинка, что, в свою очередь, снижает степень извлечения цинка из отходов. А повышение продолжительности высокотемпературной обработки гранул при температуре 910-1100°С до 2 часов, ведет к необоснованному увеличению энергозатрат.

В основу заявляемого объекта поставлена техническая задача создать такой способ переработки цинк-железосодержащих пылей или шламов металлургического производства, который за счет усовершенствований путем введения новый совокупности действий и их режимов исполнения обеспечит достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности переработки цинк-железосодержащих пылей или шламов металлургического производства за счет сокращения энергозатрат и повышения степени извлечения цинка.

Заявляемый способ переработки цинк-железосодержащих пылей или шламов металлургического производства включает смешивание цинк-железосодержащих пылей или шламов с углеродистым восстановителем для получения шихты, формование шихтовых формовок и их сушку, высокотемпературную обработку шихтовых формовок в обжиговой печи путем подачи теплоносителя, выделение и улавливание оксида цинка. Отличительной особенностью способа является то, что формование шихтовых формовок осуществляют прессованием (прокатыванием) шихтовых формовок толщиной 4-10 мм, а высокотемпературную обработку прессованных шихтовых формовок осуществляют при 900-1100°С в течение 0,5-1,0 ч.

В частных случаях использования заявляемый способ характеризуется тем, что:

- смешивание цинк-железосодержащих пылей или шламов с углеродистым восстановителем осуществляют при массовом соотношении 1:0,1-0,3 и влажности 10-15 мас.%;

- шихтовые формовки прессуют с рифленой поверхностью;

- высокотемпературную обработку прессованных шихтовых формовок в печи осуществляют на газопроницаемом транспортерном полотне, причем шихтовые формовки укладывают преимущественно в один слой, а подачу теплоносителя в обжиговую печь осуществляют через газопроницаемое транспортерное полотно.

При использовании заявляемого объекта обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышение эффективности переработки цинкосодержащих отходов металлургического производства за счет сокращения энергозатрат и повышения степени извлечения цинка.

Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом существует такая причинно-следственная связь.

Изготовление шихтовых формовок именно прессованием (прокатыванием), для которого свойственна высокая степень обжатия, позволяет обеспечить относительно высокую плотность и прочность шихтовых формовок толщиной 4-10 мм. Теперь в обжиговой печи с заданным полезным объемом можно разместить меньшее количество шихтовых формовок, которые не будут плотно прижаты друг к другу, обеспечивая свободный процесс возгонки цинка, что повышает степень извлечения цинка из пылей или шламов, и повышение чистоты сублимированного оксида цинка благодаря отсутствию в отводимой пылегазовой смеси продуктов истирания шихтовых формовок. Шихтовая формовка может иметь форму листа, полосы, бруска, стержня, а также другую форму. Теперь высокотемпературную обработку прессованных шихтовых формовок можно осуществлять при 900-1100°С относительно недолго, в течение всего 0,5-1,0 ч., что обеспечивает снижение энергозатрат.

Смешивание цинк-железосодержащих пылей или шламов с углеродистым восстановителем при массовом соотношении 1:0,1-0,3 и влажности 10-15 мас.% обеспечивает получение очень прочных шихтовых формовок, которые не разрушаются при изготовлении, в процессе загрузки в обжиговую печь, обжига и разгрузки.

Прессование шихтовых формовок с рифленой поверхностью обеспечивает для каждой шихтовой формовки увеличение поверхности, через которую осуществляется возгонка цинка, и способствует образованию зазоров между шихтовыми формовками, что интенсифицирует процесс возгонки цинка и способствует дальнейшему повышению степени извлечения цинка из пылей или шламов.

Осуществление высокотемпературной обработки прессованных шихтовых формовок в печи на газопроницаемом транспортерном полотне, на котором шихтовые формовки укладывают преимущественно в один слой, а подачу теплоносителя в обжиговую печь осуществляют через газопроницаемое транспортерное полотно, обеспечивает эффективный нагрев шихтовых формовок до необходимой температуры при минимальных энергозатратах и свободный процесс возгонки цинка от каждой шихтовой формовки.

Выбор граничных значений параметров, включенных в формулу заявляемого объекта, обусловлен следующим.

Формование прессованных шихтовых формовок толщиной менее 4 мм нецелесообразно потому, что это способствует уменьшению прочности шихтовых формовок, их разрушению при изготовлении, в процессе загрузки в обжиговую печь, обжига и разгрузки.

Формование прессованных шихтовых формовок толщиной более 10 мм нецелесообразно потому, что это приводит к существенному снижению выхода цинка из объемов шихтовых формовок и его потерям.

Высокотемпературная обработка прессованных шихтовых формовок при температуре менее 900°С и в течение менее 0,5 ч нецелесообразна потому, что это приводит к существенному снижению выхода цинка из объемов шихтовых формовок.

Высокотемпературная обработка прессованных шихтовых формовок при температуре более 1100°С и в течение более 1 ч нецелесообразна потому, что это не позволяет обеспечить существенное увеличение выхода цинка из объемов шихтовых формовок, способствует повышенному расходу энергоносителей и сокращению общей производительности процесса.

Смешивание цинк-железосодержащих пылей или шламов с углеродистым восстановителем при массовом соотношении менее чем 1:0,1 нецелесообразно потому, что в таком случае восстановление соединений цинка углеродистым восстановителем происходит не в полном объеме, а в шихтовых формовках образуются зоны с повышенным остаточным содержание цинка, что приводит к существенному снижению выхода цинка из объемов шихтовых формовок и его потерям.

Смешивание цинк-железосодержащих отходов с углеродистым восстановителем при их массовом соотношении большем, чем 1:0,3 нецелесообразно потому, что при таких условиях не обеспечивается увеличение степени извлечения цинка и увеличивается расход углеродистого восстановителя.

Смешивание цинк-железосодержащих пылей или шламов с углеродистым восстановителем при влажности менее 10 мас.% нецелесообразно потому, что процесс образования шихтовых формовок при этом резко ухудшается, сырые шихтовых формовки разрушаются практически сразу после формообразования.

Смешивание цинк-железосодержащих пылей или шламов с углеродистым восстановителем при влажности более 15 мас.% нецелесообразно потому, что процесс образования шихтовых формовок при этом тоже резко ухудшается, сырые формовки разрушаются практически сразу после формообразования и на начальной стадии обжига.

При реализации заявляемого способа переработки цинк-железосодержащих пылей или шламов металлургического производства в нижеуказанных примерах шихтовые формовки укладывали на газопроницаемом транспортерном полотне в один слой, а подачу теплоносителя в обжиговую печь осуществляли через газопроницаемое транспортерное полотно. Горячую пылегазовую смесь отводили из обжиговой печи, улавливали образовавшийся цинковый продукт, охлаждали шихтовые формовки и возвращали их в доменное производство на утилизацию железа.

Пример 1

Цинк-железосодержащую пыль из сухих газоочисток мартеновского производства, содержащую 1,5% Zn и 56% Fе_общ. при влажности 12 мас.%, смешивали с мелкодисперсными отсевами кокса, добавляемыми в количестве 13% от содержания цинк-железосодержащей пыли. Полученную исходную шихту формовали методом прессования (прокатывания) с получением рифленых шихтовых формовок толщиной 5 мм, которые высушивали. При этом некондиционный материал возвращали на смешивание шихты. Затем полученные шихтовые формовки обжигали при температуре 900°С в течение 0,5 ч в печи на газопроницаемом транспортерном полотне.

Содержание цинка в обожженных шихтовых формовках составляло 0,085%. Содержание Fе_общ составляло 56,2%. Выход пригодных шихтовых формовок после обжига составил 96%, объем возврата - 4%.

Пример 2

Цинк-железосодержащую пыль из сухих газоочисток конвертерного производства, содержащую 2,5% Zn и 57% Fе_общ. при влажности 10 мас.%, смешивали с мелкодисперсными отсевами кокса, добавляемыми в количестве 13% от содержания цинк-железосодержащей пыли. Полученную исходную шихту формовали методом прессования (прокатывания) с получением рифленых шихтовых формовок толщиной 10 мм, которые высушивали. При этом некондиционный материал возвращали на смешивание шихты. Затем полученные шихтовые формовки обжигали при температуре 1100°С в течение 1,0 часа в печи на газопроницаемом транспортерном полотне.

Содержание цинка в обожженных шихтовых формовках составляло 0,07%. Содержание Fe_общ составляло 57,1%. Выход пригодных шихтовых формовок после обжига составил 97%, объем возврата - 3%.

Пример 3

Цинк-железосодержащую пыль из сухих газоочисток электросталеплавильного цеха, содержащую 3,5% Zn и 57,5% Fе_общ. При влажности 11 мас.%, смешивали с мелкодисперсными отсевами кокса, добавляемыми в количестве 13% от содержания цинк-железосодержащей пыли. Полученную исходную шихту формовали методом прессования (прокатывания) с получением рифленых шихтовых формовок толщиной 4 мм, которые высушивали. При этом некондиционный материал возвращали на смешивание шихты. Затем полученные шихтовые формовки обжигали при температуре 950°С в течение 0,7 часа в печи на газопроницаемом транспортерном полотне.

Содержание цинка в обожженных шихтовых формовках составляло 0,075%. Содержание Fe_общ составляло 57,7%. Выход пригодных шихтовых формовок после обжига составил 97,5%, объем возврата - 2,5%.

Пример 4

Цинк-железосодержащую пыль из сухих газоочисток доменного производства, содержащую 1,2% Zn и 55,4% Fе_общ при влажности 13 мас.%, смешивали с мелкодисперсными отсевами кокса, добавляемыми в количестве 13% от содержания цинк-железосодержащей пыли. Полученную исходную шихту формовали методом прессования (прокатывания) с получением рифленых шихтовых формовок, толщиной 3,5 мм, которые высушивали. При этом некондиционный материал возвращали на смешивание шихты. Затем полученные шихтовые формовки обжигали при температуре 900°С в течение 0,5 часа в печи на газопроницаемом транспортерном полотне.

Содержание цинка в обожженных шихтовых формовках составляло 0,08%. Содержание Fе_общ составляло 56,2%. Выход годных шихтовых формовок после обжига составил 81%, объем возврата - 19%. Приведенные данные подтверждают, что уменьшение толщины шихтовых формовок ведет к снижению их прочностных характеристик, а также к их разрушению в процессе загрузки, обжига и разгрузки. Это, в свою очередь, приводит к снижению общей производительности процесса.

Пример 5

Цинк-железосодержащую пыль из сухих газоочисток доменного производства, содержащую 1,2% Zn и 55,4% Fе_общ. при влажности 13 мас.%, смешивали с мелкодисперсными отсевами кокса, добавляемыми в количестве 13% от содержания цинк-железосодержащей пыли. Полученную исходную шихту формовали методом прессования (прокатывания) с получением рифленых шихтовых формовок, толщиной 11 мм, которые высушивали. При этом некондиционный материал возвращали на смешивание шихты. Затем полученные шихтовые формовки обжигали при температуре 900°С в течение 0,5 часа в печи на газопроницаемом транспортерном полотне.

Содержание цинка в обожженных шихтовых формовках составляло 0,28%. Содержание Fе_общ составляло 55,2%. Выход пригодных шихтовых формовок после обжига составил 98%, объем возврата - 2%. Приведенные данные подтверждают, что увеличение толщины шихтовых формовок свыше 10 мм приводит к существенному снижению выхода цинка из объемов шихтовых формовок и его потерям.

Пример 6

Цинк-железосодержащую пыль из сухих газоочисток электросталеплавильного цеха, содержащую 2,5% Zn и 57,4% Fе_общ при влажности 12 мас.%, смешивали с мелкодисперсными отсевами кокса, добавляемыми в количестве 13% от содержания цинк-железосодержащей пыли. Полученную исходную шихту формовали методом прессования (прокатывания) с получением рифленых шихтовых формовок, толщиной 4 мм, которые высушивали, при этом некондиционный материал возвращали на смешивание шихты. Затем полученные шихтовые формовки обжигали при температуре 880°С в течение 0,5 часа в печи на газопроницаемом транспортерном полотне.

Содержание цинка в обожженных шихтовых формовках составляло 0,18%. Содержание Fе_общ составляло 56,2%. Выход пригодных шихтовых формовок после обжига составил 97%, объем возврата - 3%. Приведенные данные подтверждают, что снижение температуры обжига шихтовых формовок менее 900°С приводит к существенному снижению выхода цинка из объемов шихтовых формовок и его потерям.

Пример 7

Цинк-железосодержащий шлам мокрых газоочисток мартеновского производства, содержащий 2,2% Zn и 57,1% Fе_общ при влажности 15 мас.%, смешивали с мелкодисперсными отсевами кокса, добавляемыми в количестве 13% от содержания цинк-железосодержащего шлама. Полученную исходную шихту формовали методом прессования (прокатывания) с получением рифленых шихтовых формовок толщиной 4 мм, которые высушивали, при этом некондиционный материал возвращали на смешивание шихты. Затем полученные шихтовые формовки обжигали при температуре 1190°С в течение 0,5 часа в печи на газопроницаемом транспортерном полотне.

Содержание цинка в обожженных шихтовых формовках составляло 0,08%. Содержание Fe_общ составляло 57,2%. Выход пригодных шихтовых формовок после обжига составил 97%, объем возврата - 3%. Приведенные данные подтверждают, что увеличение температуры обжига шихтовых формовок выше 1100°С не приводит к существенному увеличению выхода цинка из объемов шихтовых формовок и обуславливает повышенный расход энергоносителей.

Пример 8

Цинк-железосодержащий шлам мокрых газоочисток доменного производства, содержащий 1,7% Zn и 56,1% Fе_общ при влажности 14 мас.%, смешивали с мелкодисперсными отсевами кокса, добавляемыми в количестве 13% от содержания цинк-железосодержащего шлама. Полученную исходную шихту формовали методом прессования (прокатывания) с получением рифленых шихтовых формовок толщиной 4 мм, которые высушивали, при этом некондиционный материал возвращали на смешивание шихты. Затем полученные шихтовые формовки обжигали при температуре 1100°С в течение 0,4 часа в печи на газопроницаемом транспортерном полотне.

Содержание цинка в обожженных шихтовых формовках составляло 0,2%. Содержание Fе_общ составляло 56,2%. Выход годных шихтовых формовок после обжига составил 97%, объем возврата - 3%. Приведенные данные подтверждают, что сокращение продолжительности обжига, которая составляет менее 0,5 часа, приводит к существенному снижению выхода цинка из объемов шихтовых формовок и его потерям.

Пример 9

Цинк-железосодержащий шлам мокрых газоочисток доменного производства, содержащий 1,7% Zn и 56,1% Fе_общ и имеющий влажность 14 мас.%, смешивали с мелкодисперсными отсевами кокса, которые добавляли в количестве 13% от содержания цинк-железосодержащего шлама. Полученную исходную шихту формовали методом прессования (прокатывания) с получением рифленых шихтовых формовок толщиной 4 мм, которые высушивали, при этом некондиционный материал возвращали на смешивание шихты. Затем полученные шихтовые формовки обжигали при температуре 1100°С в течение 1,2 часа в печи на газопроницаемом транспортерном полотне.

Содержание цинка в обожженных шихтовых формовках составляло 0,07%. Содержание Fе_общ составляло 56,2%. Выход годных шихтовых формовок после обжига составил 97%, объем возврата - 3%. Приведенные данные подтверждают, что увеличение продолжительности обжига, которая составляет более 1,0 часа, не приводит к существенному увеличению выхода цинка из объемов шихтовых формовок, а приводит к увеличению расхода энергоносителей и к сокращению общей производительности процесса.