Использование шламов

25.14.1. Основные источники шламо-образования. На металлургических заводах образуются миллионы тонн шламов¹. Основная масса шламов образуется в процессе улавливания и осаждения технических и аспираци-онных выбросов пыли. Шламы содер­жат ценные компоненты (прежде все­го железо), утилизация которых эко­номически оправданна. Кроме того, при полном использовании шламов решаются вопросы охраны окружаю­щей среды, так как хранение шламов в отвалах наносит вред природе (за­нимаются земельные площади, про­исходит выветривание пыли, загряз­няются атмосфера, почва, реки и во­доемы).

По источникам образования же­лезосодержащие шламы черной ме­таллургии подразделяют на агломе­рационные, доменные, сталеплавиль­ные и окалиносодержащие (в основ­ном шламы прокатных цехов).

Агломерационные шламы (аглошла-мы) образуются при гидроулавлива­нии пыли из мешков мультициклонов, аппаратов мокрой очистки техничес­ких и аспирационных газов, при гид­равлической уборке помещений и промывке трубопроводов агломераци­онных фабрик. В остальных случаях аглошламы образуются за счет потерь рудной смеси при гидроочистке ваго­нов и при гидроудалении коллектор­ной пыли. Шламы агломерационных фабрик принадлежат к группе, отно­сительно богатой железом; по основ­ным химическим компонентам они близки к агломерационной шихте (40-60 % Fе_общ).

¹ От нем. Schlamm — грязь. Этим словом обозначают разные понятия, в том числе последний, самый мелкий продукт дробле­ния при обогащении руды или угля, отложе­ния в паровых котлах; осадок (в виде мелких частиц) при отстаивании или фильтрации жидкости; порошкообразный продукт, вы­падающий в осадок при электролизе меди, цинка и др. Шламы часто содержат ценные компоненты, в том числе благородные ме­таллы

Наиболее существенными факто­рами, влияющими на образование агломерационных шламов, являются: число зон агломерационной установки, имеющих газоочистку (зоны спекания, охлаждения); характер удаления коллекторной пыли (очист­ка мокрая и сухая); наличие гидро­смыва.

При наличии газоочистки только в зоне спекания удельный выход шла-мов составляет 10—15 кг/т агломерата. При дополнительной очистке отходя­щих газов в зоне охлаждения удель­ный выход шламов повышается до 23,3—27,9 кг/т агломерата.

Доменные шламы образуются в про­цессе мокрой очистки колошниковых газов в скрубберах, дроссельных груп­пах, трубах Вентури, а также при гид­росмыве подбункерных помещений. Объем шламов зависит от технологи­ческих факторов, влияющих на вынос колошниковой пыли, и от степени очистки газов в сухих пылеулавливате­лях.

Доменные шламы отличаются меньшей долей железа и повышенной массовой долей цветных металлов, прежде всего цинка (иногда до 2-3%).

Сталеплавильные шламы подразде­ляются на шламы газоочисток, кон­вертеров, мартеновских и электроста­леплавильных печей.

Отходящие конвертерные газы вы­носят много пыли; вследствие этого все конвертеры оборудованы газоочи­стками. Удельный выход шламов газо­очисток конвертеров находится в пре­делах 1—3 %. Удельное пылевыделение зависит от интенсивности дутья, кон­струкции кислородной фурмы, давле­ния кислорода и гранулометрического состава сыпучих материалов. Запы­ленность мартеновских газов состав­ляет 2-10 г/м³. Содержание железа в конвертерных и мартеновских шламах весьма высокое (45-65 %).

Химический состав шламов газо­очисток электросталеплавильных пе­чей непостоянен, так как зависит от марки выплавляемой стали. Ниже приведен усредненный состав шла­мов, мас.%: Fe 30-55; SiO₂ 2-12; А1₂О₃ 0,3-10,0; СаО 1,5-17,0; MgO 5-27; МпО 1,5-5,5; Р₂О₅ 0,02-0,25; 8_общ 0,02-0,50; Сг до 10; Ni до 8; Zn до 2; Pb до 1. Как видно из этих дан­ных, шламы электропечей отличают­ся более низким содержанием железа и наличием примесей цветных метал­лов.

Удельный выход окалиносодержащих шламов прокатного производства колеблется в пределах 2,1—2,3 кг/т проката. Шламы отличаются высоким содержанием железа, но загрязнены маслами.

25.14.2. Утилизация шламов. Желе­зосодержащие шламы могут быть разбиты на несколько групп: а) бога­тые — 50-65 % Fe (шламы марте­новских и конвертерных цехов); б) относительно богатые — 40—55 % Fe (шламы аглофабрик и доменных цехов); в) бедные — < 40 % Fe. Основ­ным направлением рационального ис­пользования шламов является утили­зация их в качестве добавки к агломе­рационной шихте. Подготовка шла­мов включает сгущение, фильтрование и термическую сушку.

Механическое обезвоживание (сгу­щение) шламов фильтрованием или центрифугированием обеспечивает снижение влажности шлама до 15-25 %. В результате ввода в агломераци­онную шихту сгущенных шлаков, об­ладающих повышенными вяжущими свойствами, улучшается окомкование шихты, однако транспортировка таких шламов приводит к загрязнению тер­ритории завода, оборудования и поме­щений.

Основное направление использова­ния шламов доменных газоочисток сводится к их добавке к агломераци­онной шихте. Однако уровень исполь­зования таких шламов низок из-за вы­сокого в них содержания цветных ме­таллов (цинка, свинца) и щелочных металлов, При повышенном содержа­нии которых снижается стойкость фу­теровки доменных печей; присутствие этих металлов приводит к разруше­нию агломерата, окатышей и кокса, из-за чего резко ухудшаются газодина­мические условия процесса и в целом уменьшается производительность до­менных печей. Поэтому при подготов­ке к утилизации шлама доменных га­зоочисток с повышенным содержани­ем цинка необходимо предусмотреть его обезцинкование.

Одним из этапов подготовки шла­мов к утилизации является их обезво­живание, для чего используют сушильные барабаны, центрифуги, фильтры-прессы и другое специаль­ное оборудование. Одним из распрос­траненных методов обработки шламов (и пыли) является метод вельцевания¹. Перерабатываемые продукты после перемешивания с измельчен­ным углеродистым топливом (коксом, антрацитом и др.) подвергаются на­греву до 1200-1300 °С во вращающей­ся горизонтальной трубчатой печи (так называемая вельц-печь). Цинк и свинец при этом восстанавливаются из оксидов, дистиллируются и в паро­образном состоянии снова окисляют­ся кислородом воздуха и углеродис­тым газом. Эти оксиды собираются в пылеулавливателях и направляются затем в переработку для получения цинка и свинца. Нелетучие металлы (медь, никель) остаются в твердом продукте вельцевания (клинкере), ко­торый затем направляется, например, на медеплавильные заводы.

Существуют и другие технологии извлечения ценных составляющих из шламов и пыли. В последние годы все более широко используются жидко-фазные процессы, которые в ряде слу­чаев оказываются эффективнее твер­дофазных. Так, степень извлечения цинка и свинца в высокотемператур­ных условиях жидкофазных процессов достигает 99 % (против 85—90 % в твердофазных).

Приведем еще несколько примеров новых технических решений по ути­лизации шламов.

Получение ожелезненной извести ² путем совместного обжига известняка и конвертерного шлама в трубчатых печах. Данная технология отработана на НЛМК. Известняк обжигают во вращающейся печи при 900—1000 °С с подачей в печь тонко измельченных флюсующих добавок (конвертерного шлака, железной руды, железорудного или марганцевого концентрата и т. д.) в потоке газаносителя.

¹ От нем. Wdlien — катать, перекатывать. ²Другое название получаемого продук­та — железофлюс.

Для увеличения усвоения известью добавок, предотвращения настылеоб-разования и уменьшения выхода жид­ких фракций флюсующие добавки, концентрация которых в потоке со­ставляет 200—1600 кг/м³, подают в ло­кальную зону образования флюса, в которой известь нагревают до 1200— 1400 °С с выдержкой в печи в течение 5-15 мин.

Получаемый флюс представляет собой двухслойный кусковой продукт, сердцевина которого — известь с по­вышенной реакционной способнос­тью, а оболочка толщиной 3—12 мм — ферриты кальция.

Для ожелезненной извести по срав­нению с обычной характерны мень­шие потери при прокаливании (п.п.п.), пониженное содержание серы и повышенное — оксидов железа. Ох­лаждающий эффект ожелезненной из­вести меньше охлаждающего эффекта просто извести, т. е. возможна полная замена извести без нарушения тепло­вого баланса конвертерной плавки. Благодаря ферритокальциевой обо­лочке ожелезненная известь имеет бо­лее высокую механическую проч­ность, меньше разрушается при транс­портировке. Кроме того, ожелезнен-ную известь можно долго хранить, т. е. можно создавать необходимые ее за­пасы.

Применение ожелезненной извес­ти обеспечивает более спокойное и мягкое протекание процесса продувки кислородом, раннее образование шла­ка; в результате уменьшаются вынос пыли, расход кислорода и продолжи­тельность продувки, увеличивается выход годного, отпадает необходи­мость в применении плавикового шпата.

Грануляция плавильной пыли. На Северском трубном заводе построена установка грануляции пыли газоочис­ток мартеновских печей в псевдоожи-женном слое производительностью 45 т/сут.

Пыль, удаленная в газоочистной установке мартеновских печей, из бункера шлюзовым питателем подает­ся поочередно в аппараты с переме­шивающими устройствами, к которым подведена техническая вода. В аппа­ратах готовится водная суспензия пыли, содержащая твердого 500— 700 г/л. Насосом суспензию подают к форсункам аппарата кипящего слоя, в котором псевдоожижаются зародыши — известняк фракции 10—20 мм. После ввода суспензии в псевдоожи-женный слой зародышей ее влага под действием горячих дымовых газов ис­паряется, а твердая составляющая оседает на поверхности зародышей. После аппарата кипящего слоя газы поступают в электрофильтр, а грану­лы питателем подаются в бункер го­товой продукции, откуда их вывозят автотранспортом. Гранулы пригодны для использования в мартеновской плавке.

Переработка маслосодержащего шлама. Специалистами НПО «Энерго­сталь» и НЛМК разработана техноло­гия переработки маслоокалиносодержащего шлама из вторичных очистных сооружений с получением железококса или восстановленного железного порошка.

Жидкие маслоотходы нагревают при атмосферном давлении до 100— 200 °С паром или частью отходящих от дожигающего устройства газов в баке, оснащенном мешалкой и распо­ложенном по периметру внутренней стенки змеевика, и путем дистилля­ции отделяют воду. В результате со­держание горючих компонентов в от­ходах достигает 35—90 %. После этого их сжигают в циклонной печи, пода­вая природный газ только для розжи­га пилотной горелки. При этом из распыленных капель легкие углеводо­роды испаряются и окисляются с об­разованием оксида углерода, а тяже­лые полимеризационные углеводоро­ды превращаются в вязкую массу с равномерным распределением в ней восстановленного металла и оксида железа. Масса выносится с дымовы­ми газами во вращающуюся цилинд­рическую герметически закрытую печь; здесь она без доступа воздуха коксуется совместно с продуктами пиролиза замасленного шлама с обра­зованием железофлюса. Газообраз­ные продукты обработки шлама отво­дят в дожигающее устройство, а тепло дымовых газов используют для удале­ния воды из исходных жидких маслоотходов.