автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Моделирование двухстадийной переработки цинксодержащих отходов металлургического производства

I П М

.. .'РОЛЬНЫ

••• ¿V] П Л Я Р

На правах рукописи_1_

ЧЕРНЯЕВ Александр Александрович

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВУХСТАДИИНОИ ПЕРЕРАБОТКИ ЦИНКСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.16.02 — Металлургия черных, цветных и редких металлов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2, ПАР 2014

005546391

Магнитогорск - 2014

005546391

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Бигеев Вахит Абдрашитович.

Официальные оппоненты:

Шешуков Олег Юрьевич доктор технических наук, ФГБУН Институт металлургии Уральского отделения . РАН, заведующий лабораторией пирометаллургии черных металлов, г. Екатеринбург,

Ведущая организация

Терентьев Владимир Лаврентьевич кандидат технических наук, технический директор ООО «Техноконсалтинг», г. Магнитогорск.

ФГАОУ ВПО «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», г. Москва.

Защита состоится 29 апреля 2014 г. в 14— часов на заседании диссертационного совета Д 212.111.01, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" и на сайте http://magtu.ru/informacziya-o-zashhishhennoj-i-predstavlennoj-k-zashhite-dissertaczii-na-soiskanie-uchenoj-stepeni-kandidata-nauk-na-soiskanie-uchenoj-stepeni-doktora-nauk-2014/item/3271 .html.

Автореферат разослан « » февраля 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Селиванов Валентин Николаевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Образование и накопление отходов в аспекте устойчивого развития цивилизации является одним из факторов экологического давления. Рассмотрение отхода как субстанции, включающей ресурсную и экологическую составляющие, позволяет по-новому оценить перспективы тех или иных технических решений по переработке отходов.

На металлургических предприятиях РФ ежегодно в процессе улавливания и осаждения технических и аспирационных выбросов пыли образуются миллионы тонн шламов, которые впоследствии отправляют в шламохранилища. Хранение шламов опасно из-за угрозы выветривания пыли, загрязнения грунтовых вод и почвы тяжелыми металлами и вредными соединениями. Кроме того за использование шламохранилищ уплачиваются большие штрафы, что ведет к повышению себестоимости металлопродукции и делает её менее привлекательной для потребителей.

Металлургические отходы в виде цинксодержащих шламов и пылей, прежде всего можно квалифицировать как суррогаты железных руд (содержание железа колеблется в пределах 37 - 65%), применение шламов взамен руд или концентратов позволит снизить потребление природных ресурсов. Кроме того, дополнительную прибыль от переработки этих отходов можно получить благодаря наличию в них цинка. Для этого необходимо использовать технологию переработки, при которой помимо восстановления железа происходит эффективное улавливание паров цинка.

Сейчас имеется более 1000 патентов, связанных с бездоменным получением металла, и около 100 процессов, реализующих эти направления.

Но наряду с положительными сторонами, каждое направление имеет недостатки, затрудняющие его активное внедрение на российских металлургических предприятиях. Перспективным и актуальным является направление переработки металлургических отходов с помощью комбинированных способов. Это послужило причиной для проведения исследования.

Цель работы — теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение эффективности двухстадийного процесса переработки цинксодержащих пылей и шламов. Для достижения указанной цели потребовалось решить следующие задачи:

— развитие математических моделей твердофазного и жидкофазного восстановления;

-разработка базы данных и программного обеспечения для моделирования процесса переработки цинксодержащих металлургических отходов;

— обоснование преимущества двухстадийной переработки цинксодержащих металлургических отходов;

— экспериментальное подтверждение возможности переработки цинксодержащих металлургических отходов.

Научная новизна. Созданы математические модели твердофазного и жидкофазного восстановления цинксодержащих металлургических отходов и впервые установлена положительная роль предварительной твердофазной металлизации на двухстадийный процесс переработки цинксодержащих шламов и пылей: сокращение расхода угля на 59,9 %, уменьшение количества образующегося шлака на 36,9 % и образующихся газов до 30 %.

Впервые установлены теоретические расходы угля и флюса, необходимые для переработки основных видов цинксодержащих металлургических отходов. Показаны преимущества использования шихты, приготовленной из смеси отходов разных металлургических производств, что позволит снизить расход угля до 47 % при переработке сталеплавильных пылей и шламов и отказаться от использования флюсов.

Экспериментально определены основные параметры процесса переработки цинксодержащих отходов металлургического производства: определена доминирующая (до 90 %) роль прямого восстановления железа при твердофазной металлизации; определен оптимальный расход углерода, соответствующий стехиометрической потребности на прямое восстановление железа и цинка; определено время, необходимое для переработки отходов (8 -10 мин); найден оптимальный состав шихты из цинксодержащих шламов и пылей.

Практическая ценность. Созданы две программы для ЭВМ, позволяющие производить моделирование твердофазного и жидкофазного восстановления цинксодержащих отходов металлургического производства. Экспериментально доказана возможность применения процессов твердофазного и жидкофазного восстановления для переработки цинксодержащих шламов и пылей. Обоснована перспективность двухстадийной переработки цинксодержащих отходов. Сформирована специализированная база данных «Химические и термодинамические свойства элементов, веществ и материалов», которая была применена в разработанных программах для расчета химических и термодинамических характеристик веществ и соединений.

Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на 67-й, 68-й, 69-й, 70-й и 71-й межрегиональных научно-технических конференциях МГТУ им. Носова (Магнитогорск, 2009-2013 гг.); международной научно-практической Интернет-конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований '2011» (2011 г.); 13-ой научно-технической конференции молодых специалистов ОАО ММК (Магнитогорск, 2013 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 2 программы для ЭВМ, 1 база данных, 7 статей в журналах и сборниках научных трудов, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации материалов диссертационной работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав заключения, библиографического списка из 139 наименований и 3 приложений. Она изложена на 139 страницах машинописного текста, содержит 22 рисунка и 52 таблицы.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены ее цель, решаемые задачи, научная новизна и практическая значимость.

В первой главе представлен литературный обзор по накопленному опыту переработки цинксодержащих отходов металлургического производства в России и за рубежом.

Из анализа изученных работ следует, что все применяемые методы переработки шламов имеют как преимущества, так и существенные недостатки, негативное влияние которых может быть минимизировано благодаря созданию новых комбинированных технологий. Что повлияло на формирование цели и определение задачи исследования.

Во второй главе приведена математическая модель и результаты моделирования твердофазного восстановления в трубчатой вращающейся печи. Описана разработанная программа для ЭВМ «Моделирование твердофазного восстановления», показаны её основные возможности и задачи, для решения которых она предназначена.

В качестве исходных данных модели можно использовать химический состав доменных, конвертерных и электросталеплавильных шламов и пылей, а также их различных смесей.

Тепловые эффекты реакций определяются как разность изменения энтальпии системы в начальном и конечном состоянии. Так для нахождения теплового эффекта реакции восстановления оксида железа (II) была использована формула (1).

ввосопУсО = [АН^!"««« + АН С(/•■">»<)- [&НУе()'^оК + дягЛ™ (1) где АН /г/'"1"* - энтальпия образования Ре, при температуре (исхок , кДж; ЬНсо1"™ок -энтальпия образования СО при температуре 1исхок , кДж; ЬЧ^еО1""'" -энтальпия образования РеО, при температуре /цсг<ж , кДж; д- энтальпия образования С, при температуре (исхок > кДж-

Тепло на нагрев материалов определяется, как сумма тепла затраченного на нагрев каждого вещества соответствующего материала, которое определяется, как определенный интеграл от функции теплоемкости по температуре. Например, для нахождения тепла, необходимого на нагрев частично металлизованного продукта, используется формула (2).

N 1м.О.

\АС.ат> (2) '=1 298,15

где N - число компонентов частично металлизованного продукта, шт.; ДС, - функция изменения теплоемкости ¡-ого компонента частично

металлизованного продукта, кДж/град.

Для протекания эндотермических реакций, используется тепло, выделяющееся при сгорании углеводородов природного газа.

В результате моделирования рассчитываются материальный и тепловой балансы процесса твердофазного восстановления (табл. 1, 2).

Поступило Вышло

Цинксодержащие отходы 100 Металлизованный продукт 73,46

Природный газ 5,09 Цинковый продукт 0,7

Воздушная смесь для сгорания природного газа 77,44 Газ после дожигания 38,01

Воздушная смесь для дожигания СО 12,04 Газ после сгорания природного газа 82,53

Воздушная смесь для окисления серы 0,13

Итого 194,7 Итого 194,7

Таблица 2 - Тепловой баланс процесса восстановления, кДж

Приход тепла Расход тепла

С шихтой 0 На реакции восстановления 126771

При сгорания природного газа 226212 Нагрев металлизованного продукта 58169

При дожигании СО 49485 Нагрев цинкового продукта 1598

При дожигании Н2 0 Нагрев образовавшихся газов 29584

Реакция водяного газа 595 Нагрев газов для дожигания 12166

При сгорании серы 292 Потери корпусом печи 3054

Из дополнительных источников 0 Неиспользованное тепло от сгорания природного газа 45242

Итого 276584 Итого 276584

программы «Моделирование твердофазного восстановления». Программа предназначена для расчета материального и теплового балансов твердофазного восстановления во вращающейся печи с возможностью использования информации из баз данных в качестве входных параметров для математической модели. Программа позволяет выявить оптимальные параметры и рациональный режим эксплуатации вращающейся печи, путем анализа результатов расчета, представленных в виде диаграмм и автоматически генерируемого файла с подробным пошаговым описанием

нахождения материального и теплового баланса процесса твердофазного восстановления для указанных пользователем параметров.

Разработанная программа была применена для моделирования твердофазного восстановления с различными входными параметрами. В качестве исходных данных использовался усредненный химический состав металлургических отходов ОАО «ММК» (табл. 3).

Таблица 3 — Усредненный химический состав отходов ОАО «ММК», %

Вид отхода Содержание, %

С РеО Ре203 8Ю2 А12Оз СаО У1ёО Б гпо МпО р2о5 Н20

Колошниковая пыль (К.П.) 19,74 10,36 53,93 8,47 2,02 3,3 1,32 0,31 0,19 0,31 0,05 0

Доменный шлам (Д.Ш.) 13,73 10,91 58,5 6,9 1,94 3,3 1,35 0,42 1,38 0,32 0,05 1,2

Пыль ЭСПЦ (П.Э.) 0 15,24 36,14 8,14 1,53 17,15 2,51 0,2 16,75 1,99 0,31 0

Конвертерный шлам (К.Ш.) 0 50,34 15,63 3,52 0,79 14,19 8,13 0,11 1,31 3,16 0,32 2,5

Степень металлизации изменялась в пределах 70 - 100 %; температура шихты — 25 °С; температура металлизованного продукта - 950 °С, масса отходов - 100 кг. Химический состав металлизованного продукта, полученного при степени металлизации равной 100 %, представлен в табл. 4.

Таблица 4 - Химический состав металлизованного продукта, %

Вещество Металлизованный продукт, полученный из

Д.Ш. К.П. К.Ш. П.Э.

Ре мет 75,81 65,34 60,71 52,75

С 2,43 12,27 2,49 1,62

8Ю2 10,58 12,08 4,42 11,72

А1203 2,97 2,88 1,01 2,22

СаО 5,06 4,71 17,68 24,93

М§0 2,07 1,88 9,9 3,62

Мп 0,27 0,24 2,08 1,53

МпО 0,15 0,13 1,15 0,85

р2о5 0,08 0,07 0,39 0,45

Б 0,58 0,4 0,17 0,31

Итого 100 100 100 100

Показано, что даже при 100 % металлизации, такой продукт не подходит для сталеплавильных агрегатов из-за большого содержания серы и фосфора. Большое содержание углерода, помогающее защитить губчатое железо от вторичного окисления, потребует увеличения расхода электроэнергии и кислорода в сталеплавильных агрегатах. Большое содержание оксидов кальция, магния и кремния значительно увеличит

количество образующегося шлака, что также негативно скажется на процессе выплавки стали.

Результаты моделирования сильно отличаются в зависимости от химического состава исходных материалов (рис.1), а значит, невозможно вывести простую универсальную формулу для расчета с необходимой точностью основных технико-экономических параметров процесса твердофазного восстановления металлургических отходов, состав которых может варьироваться в широких пределах. Использование разработанной программы для моделирования твердофазного восстановления во вращающейся печи представляется удачным способом решения указанной проблемы.

Расход углерода на восстановление, кг

Рис. 1. Зависимость расхода углерода от степени металлизации

В рамках работы над программой для ЭВМ была создана база данных «Химические и термодинамические свойства элементов, веществ и материалов». База данных предназначена для хранения информации о химических элементах, химических формулах; о веществах в различных модификациях и агрегатных состояниях; о возможностях перехода вещества в то или иное состояние; о материалах, состоящих из одного или более веществ, с указанием процентного состава; а также о различных функциях, позволяющих охарактеризовать состояние вещества или материала в зависимости от температуры, объема и давления. База данных может применяться в качестве электронного справочника химических и термодинамических свойств элементов, веществ и материалов, а также использоваться в программных продуктах, связанных с расчетом химических и термодинамических характеристик веществ и соединений, в качестве источника исходных данных или хранилища результатов.

В третьей главе приведена математическая модель и результаты моделирования жидкофазного восстановления. Описана разработанная программа для ЭВМ «Моделирование жидкофазного восстановления»,

показаны её основные возможности и задачи, для решения которых она предназначена.

В качестве исходных данных модели можно использовать химический состав цинксодержащих металлургических отходов, а также частично металлизованного продукта, полученного из этих отходов.

Вычисление по разработанной модели представляет собой итерационный процесс: сначала вычисляется ориентировочный расход угля на восстановление, нагрев и науглероживание; после расчета материального и теплового балансов процесса уточняются значения расхода угля, которые в следующей итерации рассматриваются как ориентировочные. Итерации повторяются до тех пор, тюка разность между, ориентировочными и уточненными значениями больше заданной погрешности.

Ориентировочный расход углерода на восстановление определяется по формуле (3).

0Fe 0 исх

тсео сст =-^--2-12, (3)

где Op<hiQ исх ~ количество кислорода в оксидах железа, кг.

Для определения ориентировочного расхода угля на нагрев необходимо рассчитать приход тепла с исходным материалом и тепло, затрачиваемое на нагрев и получение оксидного расплава. Приход тепла с исходным материалом рассчитывается по формуле (4).

N 'шихты

Que, = Z ¡AC,dT, (4)

<=1 298,15

где N — число компонентов исходного материала, шт.;

ACj — функция изменения теплоемкости i-oro компонента исходного

материала, кДж/град;

'шихты ~ температура шихты, К.

Ориентировочное количество тепла, необходимого для расплавления и нагрева исходного материала, определяется по эмпирической формуле (5), найденной д.т.н. профессором A.M. Бигеевым.

Оок.расп = mvcx ' (2,09 • t0K pacn ~ 1380), (5)

toк расп - температура оксидного расплава, К.

Тогда ориентировочный расход угля на нагрев может быть рассчитан по формуле (6).

а к. расп Qucx

ш =---.

нагрев ^ -

И у г

где Qуг — теплота сгорания 1 кг угля, кДж.

Ориентировочное количество углерода для науглероживания металла, рассчитаем по формуле (7).

_ Ре исх [с]

тСнауглер~ ^^ ' тисх" ^^ ? (')

где т - масса исходного материала, кг;

исх - общее содержание железа в исходном материале, %; [с] - содержание углерода в металле, %.

Тепловые эффекты реакций и затраты тепла на нагрев материалов определяются так же, как в модели твердофазного восстановления. Математическая модель жидкофазного восстановления также допускает возможность дожигания газов в атмосфере печи по реакциям.

Уточненное значение массы угля для науглероживания металла вычисляется по формуле (8).

(уточ) ( \ 100

тнауглер ' = ['"Смет -™Сисх)- , (8)

где тс мет~ масса углерода в металле, кг; тСисх ~~масса углерода в исходном материале, кг; С уг - содержание углерода в угле, %.

Уточненное значение массы угля для восстановления вычисляется по формуле (9).

(уточ) т ' ' ^

восст

™Смет~тСисх> {™С„ет~ Г"Сисх)< ® тСвосст + \ л (т „ ^п

100

С уг

(9)

где тСмет~ масса углерода в металле, кг; тСисх ~~ масса углерода в исходном материале, кг; С уг — содержание углерода в угле, %;

тСвосст ~ масса углерода, участвовавшего в реакциях восстановления, кг.

Уточненное значение массы угля для нагрева вычисляется по формуле (10)

(уточ) _ (¿расход ~ {2приход С101

^нагрев ~ ™нагрев ' .> V '

У- уг

где тнагрев — ориентировочная масса угля на нагрев, кг; О-расход ~ сУммаРиь,й расход тепла на процесс, кДж; Оприход ~ суммарное поступление тепла из всех источников, кДж; 0? — теплота сгорания 1 кг угля, кДж.

В результате моделирования рассчитываются материальный и тепловой балансы, а также химический состав металла, шлака и образующегося газа.

Большой объем вычислений в рамках созданной математической модели сделал крайне актуальным создание программы для ЭВМ «Моделирования жидкофазного восстановления». Программа предназначена для расчета материального и теплового балансов жидкофазного восстановления с возможностью использования информации из различных баз данных в качестве входных параметров для математической модели. Благодаря возможности гибкой настройки параметров процесса, модель может быть применена к различным агрегатам жидкофазного восстановления. Диаграммы и пошаговое описание расчетов делают результатам моделирования наглядными, облегчают анализ и позволяют находить оптимальный режим работы агрегатов.

Для сравнения жидкофазного и двухстадийного процессов переработки шламов было сделано 5 вариантов расчета с использованием разработанной программы для моделирования жидкофазного восстановления. В первом варианте расчета моделировалась ситуация, когда шламы не подвергаются предварительному твердофазному восстановлению. Во втором, третьем, четвертом и пятом вариантах расчета жидкофазному восстановлению подвергался металлизованный во вращающейся трубчатой печи продукт со степенью металлизации 50, 60, 70 и 80 % соответственно. Исходные окатыши из пыли ЭСПЦ ОАО «ММК» содержали РеО - 1,85 %, Ре2Оэ - 62 %, 8¡О, - 4,06 %, А1203 - 0,6 %, СаО - 6 %, МёО - 1,3 %, МпО -2,72 %, гпО - 15,47 %, С - 1 %, Н20 - 5 %.

На рис. 2 показано изменение содержания серы и фосфора в чугуне при различных вариантах расчета.

Рис. 2. Содержание серы и фосфора в чугуне На рис. 3 показано изменение количества израсходованного угля на первую и вторую стадии, а также изменение выходов чугуна и шлака при различных вариантах расчета.

60

Ъ 50 я

3 40

|зо

3 20 у

ю о

Рис. 3. Масса чугуна (О!, шлака (■) и угля на первой (■) и второй (Ы) стадиях Из приведенных диаграмм видно, что применение двухстадийного процесса позволяет снизить на 59,9 % потребление угля по сравнению с одностадийным жидкофазным. А это не только экономическая выгода, но и меньшее количество вредных примесей, а также меньшее количество шлака — снижение на 36,9 %.

При двухстадийном процессе чугун получается более чистым по сере и фосфору, главным образом это объясняется меньшим расходом энергетического угля.

При двухстадийном процессе суммарное количество образующихся газов до 30 % меньше, чем при одностадийном жидкофазном, что позитивно отразится на возможности улавливания цинка.

С помощью разработанной математической модели жидкофазного восстановления были определены параметры переработки различных видов цинксодержащих металлургических отходов (табл. 3) с помощью жидкофазного восстановления. Рассчитанные массы отходов, расходы угля и температуры плавления пустой породы указаны в табл. 5.

Таблица 5 — Масса отходов, расход угля и температура плавления пустой

породы

Вид перерабатываемого отхода Масса отхода, т/т металла Расход угля, т/т металла Температура плавления пустой породы, °С

Д.Ш. 1.94 0,53 1300- 1400

к.п. 2,09 0,38 1300- 1400

к.ш. 1,85 0,85-0,91 2200-2300

п.э. 2,48 1,01-1,09 1800- 1900

Д.Ш. (44 %) + К.П. (36 %) + К.Ш. (16 %) + П.Э. (4 %) 2 0,58 1400- 1500

Рассчитанный расход флюсов, масса и температура плавления образующихся шлаков указана в табл. 6.

Таблица 6 - Расход флюсов и характеристики образующихся шлаков

Вид перерабатываемого отхода Тип флюса Масса флюса, т/т металла Масса шлака, т/т металла Температура шлака, °С

Д.Ш. - - 0,29 1300- 1400

К.П. - - 0,31 1300 - 1400

К.Ш. кварцит 0,22 - 0,55 0,76 -1,08 1400- 1500

П.Э. кварцит 0,25 - 0,75 1,03 - 1,5 1400- 1500

Д.Ш. (44 %) + К.П. (36 %) + К.Ш. (16 %) + П.Э. (4 %) - - 0,38 1400- 1500

Из приведенных данных видно, что масса шлаков, получившихся при переработке отходов сталеплавильного производства, больше. Это объясняется не только добавкой флюсов, но и отсутствием углерода в составе этих отходов, и соответственно большим расходом угля на процесс восстановления. Шлаки, полученные из конвертерного шлама и пыли ЭСПЦ, имеют высокую температуру плавления. Следовательно, для переработки этих отходов необходимо добавлять флюсы (кварцит). Тогда как для переработки доменного шлама и колошниковой пыли добавки в виде флюсов не нужны. Если в качестве шихты использовать смесь отходов разных металлургических производств, то можно снизить расход угля до 47 % по сравнению с переработкой сталеплавильных пылей и шламов, а также можно отказаться от использования флюсов.

Применение разработанной модели не ограничивается моделированием восстановительных процессов в агрегатах типа «Ромелт». Несмотря на то, что процесс получения металлического железа 1ТткЗ чаще классифицируют как твердофазный из-за относительно невысоких температур реакционной зоны (1350 - 1500 °С), в нем происходит частичное расплавление рудоугольных окатышей и формирование фаз чугуна и шлака. Это позволяет использовать разработанную модель для определения технико-экономических параметров данного процесса.

В четвертой главе приведены результаты лабораторных исследований по переработке цинксодержащих отходов металлургического производства, показана схема предлагаемого двухстадийного процесса, рассчитан экономический эффект от ввода в эксплуатацию установки для переработки цинксодержащих отходов.

Для утилизации цинксодержащих металлургических отходов предлагается использовать комбинированный двухстадийный процесс. Первая стадия - твердофазная металлизация и удаление цинка из металлургических отходов. Вторая стадия - жидкофазный процесс с использованием частично металлизованного полупродукта первой стадии для получения жидкого чугуна. Схема предлагаемой технологии представлена на рис. 5.

Рис. 5. Схема технологии переработки цинксодержащих отходов

С целью исследования возможности возврата цинксодержащих шламов и пыли в производственный цикл в лаборатории кафедры МЧМ «МГТУ им Г.И. Носова» были проведены эксперименты по низкотемпературному бескоксовому восстановлению доменных шламов и пыли ЭСПЦ. Суть этих экспериментов сводилась к следующему: используя возможности печи Таммана смоделировать процесс низкотемпературной металлизации шламов и пыли с параллельным удалением из сырья цинка.

В графитовые тигли загружалось примерно 300 г цинксодержащих отходов металлургического производства, затем тигли помещались в рабочее пространство печи и нагревались до температуры 800 - 1200 °С, и выдерживались при заданной температуре от 1 до 3 ч. Химический состав исходных продуктов БеО - 0,8 - 2,5 %; Ре203 - 50 - 68 %; 8Ю2 - 3 - 5 %; А1203 - 0,3 - 1,5 %; СаО - 4 - 7 %; МеО - 0,91 - 3%; Р - 0,022 %; МпО - 1,3 -2,75 %; Б - 0,4 - 0,8 %; ТЮ2 - 0,27 %; Ъъ - 9 - 25 % ; С - 1 - 2 %; Сг - 0,07 %.

В ходе экспериментов были получены следующие результаты: степень металлизации составила 78 - 100 %; зафиксировано удаление цинка с 14,8 % до 1,21 % (до 0,25 % для доменных шламов); зафиксировано, что степень восстановления основных элементов находится в пределах, обозначенных в математической модели; образованы цинковые концентраты с содержанием гпО: 42,6 - 58 %.

Кроме того на территории Копрового цеха №1 ЗАО «Профит» были произведены опытные испытания трубчатой невращающейся печи со шнековым механизмом и косвенным нагревом, предназначенной для металлизации шламов и их обесцинкования. Шихтой являются доменные шламы и энергетический уголь. Смесь шламов и угля подается в печь, где при температуре, примерно 1000 °С происходит металлизация шламов и удаление из них цинка. На выходе из печи получается металлизованный полупродукт. Содержание цинка в металлизованном полупродукте достигается на уровне 0,4 - 0,3%. Содержание цинка во вновь получившемся шламе составляет 15 - 20 %. Температура металлизованного полупродукта составляет 850 - 950 °С.

В лаборатории кафедры МЧМ ФГБОУ «МГТУ им Г.И. Носова» для исследования возможности применения комбинированного процесса переработки металлургических отходов были проведены эксперименты по двухстадийному восстановлению пыли ЭСПЦ и доменного шлама ОАО «ММК». Для моделирования жидкофазного восстановления тигли с предварительно восстановленными шламами нагревались до температуры 1450 °С и выдерживались 15 мин. Химический состав исходных и получившихся продуктов был определен в центральной лаборатории ОАО «ММК» с помощью титриметрического, фотометрического, атомно-эмиссионного методов и инфракрасной спектроскопии, с использованием эмиссионного спектрометра с индуктивно-связанной плазмой Arcos (Spectra, Германия) и анализатора CS-2000 (ELTRA, Германия).

Химический состав металла: С - 1,68 - 5; S - 0,021 - 0,134; Р - 0,026 -0,089; Сг - 0,01 - 0,22; Ni - 0,02 - 0,05; Cu - 0,01 - 0,46; V - 0,01 - 0,06; Zn -0,015.

Химический состав шлака: FeO - 1,44 - 5,9; Si02 - 29,89 - 36,7; А1203 -4,55 - 8,6; СаО - 41,02 - 43,81; MgO - 10,50 - 11,64; МпО - 0,11 - 1,59.

Результаты проведенных экспериментов доказывают возможность применения двухстадийного восстановления для переработки цинксодержащих отходов металлургического производства.

Также были проведены совместные исследования ОАО «ММК» и МГТУ им. Г.И. Носова.

Целью исследований являлось изучение возможности получения металла прямым восстановлением из мелкозернистых металлургических отходов с попутным улавливанием цинка; влияния температуры и продолжительности термообработки отходов металлургического производства ОАО «ММК» на показатели восстановительного процесса; проверка результатов математического моделирования.

Расход углерода в опытах соответствовал стехиометрической потребности в нем на прямое восстановление железа и цинка из соответствующих оксидов (FeO, Fe203 и ZnO).

Расчетным путем с помощью математической модели двухстадийного процесса переработки цинксодержащих отходов была установлена, температура плавления пустой породы смеси отходов и твердого топлива.

Для выравнивания условий теплопередачи пробы отходов, смешанных с твердым топливом и кварцитом (при необходимости) истиранием, загружали с уплотнением в стеклоуглеродистые стаканы слоем высотой 10 мм. Формирование проб вели с учетом выходов соответствующих отходов. Параллельно вели опыты с окатышами. Для изготовления окатышей в качестве связующего использовали пшеничную муку. Перед обжигом окатыши высушивали в сушильном шкафу. Термообработку проводили в камерной нагревательной печи «Nabertherm», позволяющей контролировать заданный темп нагрева и требуемую выдержку до 1800 °С. Печь вместе с

подложкой разогревали до заданной температуры, затем подложку вынимали из печи, располагали на ней исследовательские пробы в стаканах и вновь загружали в печь. Термообработку вели при температурах 1400 - 1500 °С. Продолжительность термообработки составляла 8-10 мин. Изложенная методика позволяла эмитировать работу печи с подвижным подом. После термообработки из материала выделяли и провешивали металл и шлак, из которых выделяли пробы для проведения химического анализа.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что цинксодержащие металлургические отходы пригодны для получения металла прямым восстановлением при незначительной корректировке состава шихты. Повышенное содержание углерода в колошниковой пыли позволяло вести процесс термообработки шихты без добавок твердого топлива не только в случае с этим отходом, но и в смеси с конвертерным шламом или с пылью ЭСПЦ в соответствии с их выходами.

Характер изменения содержания СО и С02 в процессе термообработки (рис. 6) позволяет судить о том, что восстановление оксидов Ъл и Бе происходило в смешанном режиме с незначительной долей восстановительных процессов в присутствии жидкой фазы. При этом существенное развитие получало прямое восстановление.

Время, МО!

Рис. 6. Изменение содержания СО й С02 в отходящих газах, температуры в печи и рудно-топливных окатышей Восстановленный цинк при температурах выше 900 °С практически полностью переходил в газовую фазу, где вновь окислялся до цинкита. Оксиды железа восстанавливались углеродом при температурах выше 1100 °С. Формирование и плавление чугуна и шлака протекало при температурах выше 1300 °С. Содержание Ъъ в металле не превышало 0,001 %. Металл в виде гальки и шлак в форме лепешек легко отделялись друг от друга на магнитном сепараторе.

Анализ полученных результатов позволил определить расходы всех цинксодержащих отходов (при сложившемся соотношении их выходов в ОАО «ММК») на 1 т металла: К.П. - 0,899 т, Д.Ш. - 0,752 т, П.Э. - 0,072 т,

К.Ш. - 0,326 т, уголь (любой некоксующийся) — 0,184. С помощью проведенных исследований была доказана принципиальная возможность получения металла напрямую из мелкозернистых цинксодержащих отходов металлургического производства по технологии ITmk3 с попутным извлечением цинка. Было подтверждено, что оптимальный состав шихт, найденный в результате математического моделирования, обеспечивает температуру плавления первичного шлака в пределах 1300 - 1400 °С, а также снижает расход угля на прямое восстановление железа и цинка, что доказывает возможность применения математической модели для описания процесса переработки цинксодержащих отходов с помощью технологии ITmk3. Полученные в ходе исследования результаты являют собой исходные технологические параметры для проектирования агрегата по переработке мелкозернистых цинксодержащих отходов металлургического производства.

Заключение

1. На основе созданных математических моделей были разработаны программы для ЭВМ «Моделирование твердофазного восстановления» и «Моделирование жидкофазного восстановления».

2. Показано, что губчатое железо, полученное из шламов и пыли ОАО «ММК», не подходит для сталеплавильного производства из-за большого содержания серы (более 0,5 %) и фосфора (более 0,4 %). Было выявлено, что предварительная металлизация позволяет сократить расход угля на 59,9 %, уменьшить количество шлака на 36,9 % и до 30 % снизить количество образующихся газов.

3. Рассчитаны количество и температура плавления шлаков, полученных из различных видов цинксодержащих металлургических отходов, и расход флюсов на их переработку. Выявлено, что при переработке сталеплавильных шламов и пылей, образуется шлак с высокой температурой плавления (выше 1800 °С). Использование шихты, приготовленной из смеси отходов разных металлургических производств, позволяет снизить расход угля до 47 % и отказаться от использования флюсов.

4. С помощью экспериментов подтверждены результаты математического моделирования и показана возможность применения предлагаемого двухстадийного способа для переработки цинксодержащих отходов ОАО «ММК».

5. Найден оптимальный состав шихт, обеспечивающий температуру плавления первичного шлака в пределах 1300 - 1400 °С. Определены основные параметры процесса переработки цинксодержащих отходов металлургического производства: выявлена доминирующая (до 90 %) роль прямого восстановления железа при твердофазной металлизации, определен оптимальный расход углерода, соответствующий стехиометрической потребности на прямое восстановление железа и цинка, определено время, необходимое для переработки отходов (8 - 10 мин).

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Бигеев, В.А. Моделирование двухстадийного способа переработки шламов доменного и электросталеплавилыгого производств / В.А. Бигеев, A.A. Черняев, A.B. Пантелеев // Электрометаллургия. - 2013. -№ 12. - С. 19 - 23.

2. Панишев, Н.В. Переработка мелкозернистых отходов металлургического производства с получением гранулированного чугуна и извлечением цинка / Н.В. Панишев, В.А. Бигеев, A.A. Черняев // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. -2013.-№4. - С. 26 —29.

3. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №

2012615765. Моделирование твердофазного восстановления железосодержащих материалов во вращающихся печах / Черняев A.A.; опубл. 25.06.2012.

4. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2012620636. Химические и термодинамические свойства элементов, веществ и материалов / Черняев A.A.; опубл. 29.06.2012.

5. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №

2012615766. Моделирование жидкофазного восстановления железосодержащих материалов / Черняев A.A.; опубл. 25.06.2012.

6. Бигеев, В.А. Математическое моделирование твердофазного восстановления пылей и шламов / В.А. Бигеев, A.B. Пантелеев, A.A. Черняев // Математическое и программное обеспечение систем в промышленной и социальной сферах: междунар. сб. науч. трудов. - Магнитогорск: Изд-во МГТУ им. Г.И. Носова. - 2011. - Т. И. - С. 151 - 155.

7. Черняев, A.A. Особенности процесса переработки металлургических цинксодержащих шламов / A.A. Черняев // Сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции "Современные направления прикладных исследований '2011". - Одесса: Черноморье. - 2011. -Т. 7. Технические науки. — С. 88 - 90.

8. Бигеев, В.А. Сравнение жидкофазного и двухстадийного способов переработки пылей и шламов с помощью математического моделирования / В.А. Бигеев, A.B. Пантелеев, A.A. Черняев // Теория и технология металлургического производства: межрегион, сб. научных трудов. -Магнитогорск: Изд-во МГТУ им. Г.И. Носова. -2011. -№ 11. - С. 78 - 83.

9. Бигеев, В.А. Математическое моделирование твердофазного восстановления пылей и шламов / В.А. Бигеев, A.B. Пантелеев, A.A. Черняев // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: Материалы 69-й научно-технической конференции: сб. докл. - Магнитогорск: Изд-во МГТУ им. Г.И. Носова.-2011.-T. 1.-С. 132-135.

10. Девятов, Д.Х. Моделирование двухстадийного жидкофазного восстановления доменных шламов / Д.Х. Девятов, A.A. Черняев // Материалы 67-й научно-технической конференции: сб. докл. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ».-2009.-Т. 2.-С. 121-123.

Подписано в печать 24.02.2014 Формат 60x84/16. Бумага тип. № 1.

Плоская печать. Усл.печ.л. 1,00. Тираж 100 экз. Заказ 108.

455000, Магнитогорск, пр. Ленина, 38 Полиграфический участок ФГБОУ ВПО «МГТУ»

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

04201457646

На правах рукописи

Черняев Александр Александрович

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВУХСТАДИЙНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЦИНКСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО

Специальность 05.16.02 — Металлургия черных, цветных и редких металлов

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель

профессор, доктор технических наук В.А. Бигеев

ПРОИЗВОДСТВА

Магнитогорск — 2014

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.......................................................................................................................5

Глава 1. Состояние и перспективы переработки цинксодержащих металлургических отходов.........................................................................................9

1.1 Основные направления переработки и утилизации цинксодержащих металлургических отходов...........................................................................9

1.2 Гидрометаллургические способы........................................................11

1.3 Механическое и гравитационное обесцинкование............................14

1.4 Переработка металлургических шламов и пыли с помощью агломерации.................................................................................................16

1.5 Твердофазное восстановление железа................................................17

1.6 Жидкофазное восстановление железа................................................26

1.7 Использование математического моделирования для определения технико-экономических параметров процессов переработки цинксодержащих отходов..........................................................................33

Выводы по главе..........................................................................................35

Глава 2. Моделирование твердофазного процесса восстановления....................37

2.1 Расчет твердофазного восстановления цинксодержащих отходов . 37

Исходные данные....................................................................................37

Расчет химического состава частично металлизованных окатышей 40

Расчет химического состава образовавшихся газов............................47

Предварительный расчет теплового баланса.......................................50

Расчет сгорания природного газа..........................................................56

Итоговый тепловой баланс....................................................................59

Итоговый материальный баланс...........................................................59

2.2 Разработка и применение программы для ЭВМ «Моделирование твердофазного восстановления»...............................................................60

2.3 Разработка базы данных «Химические и термодинамические свойства элементов, веществ и материалов»...........................................65

Выводы по главе..........................................................................................66

Глава 3. Моделирование жидкофазного процесса восстановления.....................67

3.1 Расчет жидкофазного и комбинированного процесса восстановления цинксодержащих отходов..............................................67

Исходные данные....................................................................................67

Расчет сгорания 1 кг угля.......................................................................70

Предварительный расчет расхода угля.................................................73

Предварительный расчет количества металла.....................................75

Определение количества компонентов, поступающих из шихтовых материалов...............................................................................................75

Определение состава металла и шлака.................................................79

Расчет продуктов реакций восстановления..........................................81

Расчет состава образующегося газа после реакций восстановления 84

Расчет состава газа, образующегося в результате сжигания угля.....84

Расчет состава газа, образованного в результате дожигания:............85

Расчет предварительного материального баланса...............................87

Расчет предварительного теплового баланса.......................................88

Расчет уточненного количества угля....................................................89

Расчет материального и теплового баланса с заданной точностью .. 89

3.2 Разработка программы для ЭВМ «Моделирование жидкофазного восстановления»..........................................................................................92

3.3 Использование математической модели жидкофазного восстановления для расчета технико-экономических параметров

процесса НшкЗ.............................................................................................98

Выводы по главе........................................................................................102

Глава 4. Лабораторные испытания на базе полученных моделей.....................104

4.1 Твердофазная металлизация..............................................................104

4.2 Жидкофазное восстановление...........................................................106

4.3 Переработка цинксодержащих металлургических отходов путем прямого восстановления с использованием элементов технологии ГГткЗ..........................................................................................................108

4.4 Расчет экономического эффекта и срока окупаемости в условиях ОАО «ММК».............................................................................................113

Выводы по главе........................................................................................120

Заключение..............................................................................................................122

Список литературы.................................................................................................123

Приложение А.........................................................................................................137

Приложение Б..........................................................................................................138

Приложение В..........................................................................................................139

ВВЕДЕНИЕ

Образование и накопление отходов в аспекте устойчивого развития цивилизации является одним из факторов экологической нагрузки. Рассмотрение отхода как субстанции, включающей ресурсную и экологическую составляющие, позволяет по-новому оценить перспективы тех или иных технических решений по переработке отходов.

Мотивированность использования отходов определяется главным образом ресурсными соображениями. В настоящее время часть предприятий черной металлургии либо не имеют собственных рудных баз, либо не в состоянии с их помощью полностью покрыть свои потребности, что приводит к необходимости закупать железорудное сырье. В результате предприятия вынуждены не только нести большие затраты на перевозку сырья, но также учитывать возможную нестабильность в его поставках. Металлургические отходы в виде цинксодержащих шламов и пылей, прежде всего можно квалифицировать как заменители железных руд (содержание железа колеблется в пределах 37 — 65%), применение отходов позволит снизить потребление природных ресурсов. Кроме того, дополнительную прибыль от переработки отходов можно получить благодаря наличию в них цинка [1]. Для этого необходимо использовать технологию переработки, при которой помимо восстановления железа происходит эффективное улавливание паров оксида цинка [2].

На металлургических предприятиях РФ ежегодно в процессе улавливания и осаждения технологических и аспирационных выбросов пыли образуются миллионы тонн шламов, которые впоследствии отправляют в отстойники. Хранение шламов опасно из-за угрозы выветривания пыли, загрязнения грунтовых вод и почвы тяжелыми металлами и вредными соединениями [3]. Кроме того за размещение шламов в шламохранилищах уплачиваются большие штрафы, что ведет к повышению себестоимости металлопродукции и делает её менее привлекательной для потребителей.

Хотя цинксодержащие отходы представляют собой богатое железосодержащее сырье, они являются трудноперерабатываемыми в металлургии из-за вредного влияния цинка на технологию доменной плавки и конструкцию доменных печей [4; 5], вследствие чего отходы не могут быть возвращены в производственный цикл по классической технологии.

Характерным примером такой схемы является ОАО «ММК», где за 2013 год образовалось более 550 тыс. тонн шламов и пылей.

В настоящее время для переработки шламов, предлагается несколько способов бездоменного получения железа, которые можно объединить в 3 основных направления:

1) твердофазное восстановление железа;

2) жидкофазное восстановление железа;

3) комбинированные технологии.

Сейчас имеется более 1000 патентов, связанных с бездоменным получением металла, и около 100 процессов, реализующих эти направления.

Но наряду с положительными сторонами, каждое направление имеет недостатки, затрудняющие его активное внедрение на российских металлургических предприятиях. Перспективным и актуальным является направление переработки металлургических отходов с помощью комбинированных способов. Это послужило причиной для проведения исследования.

Целью диссертационной работы является теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение эффективности двухстадийного процесса переработки цинксодержащих пылей и шламов.

Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:

1) развитие математических моделей твердофазного и жидкофазного восстановления;

2) разработка базы данных и программного обеспечения для моделирования процесса переработки цинксодержащих металлургических отходов;

3) обоснование преимущества двухстадийной переработки цинксодержащих металлургических отходов;

4) экспериментальное подтверждение возможности переработки цинксодержащих металлургических отходов.

Научная новизна работы заключается в том, что созданы математические модели твердофазного и жидкофазного восстановления цинксодержащих металлургических отходов и впервые установлена положительная роль предварительной твердофазной металлизации на двухстадийный процесс переработки цинксодержащих шламов и пыл ей: сокращение расхода угля на 59,9 %, уменьшение количества образующегося шлака на 36,9 % и образующихся газов до 30 %.

Впервые установлены теоретические расходы угля и флюса, необходимые для переработки основных видов цинксодержащих металлургических отходов. Показаны, преимущества использования шихты, приготовленной из смеси отходов разных металлургических производств, что позволит снизить расход угля до 47 % при переработке сталеплавильных пылей и шламов и отказаться от использования флюсов.

Экспериментально определены основные параметры процесса переработки цинксодержащих отходов металлургического производства: определена доминирующая (до 90 %) роль прямого восстановления железа при твердофазной металлизации; определен оптимальный расход углерода, соответствующий стехиометрической потребности на прямое восстановление железа и цинка; определено время, необходимое для переработки отходов (8 — 10 мин); найден оптимальный состав шихты из цинксодержащих шламов и пылей.

Практическая значимость работы состоит в том, что созданы две программы для ЭВМ, позволяющие производить моделирование твердофазного и жидкофазного восстановления цинксодержащих отходов металлургического производства. Экспериментально доказана возможность применения процессов твердофазного и жидкофазного восстановления для переработки

цинксодержащих шламов и пылей. Обоснована перспективность двухстадийной переработки цинксодержащих отходов. Создана база данных «Химические и термодинамические свойства элементов, веществ и материалов», которая была применена в разработанных программах для расчета химических и термодинамических характеристик веществ и соединений.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПЕРЕРАБОТКИ ЦИНКСОДЕРЖАЩИХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ОТХОДОВ

В настоящее время большинство металлургических предприятий вынуждены искать решения таких проблем как сокращение запасов качественной руды, загрязнение окружающей среды, высокая конкуренция на рынке, требующая постоянного снижения затрат на производство металлопродукции. Переработке металлургических цинксодержащих шламов и пылей уделяется большое внимание, т.к. это позволяет в той или иной степени решать все вышеозначенные проблемы. Во-первых, благодаря наличию в составе шламов и пылей значительного количества железа, их можно рассматривать как заменитель руды [6 — 8].

Во-вторых, отказ от складирования шламов позволит улучшить экологическую обстановку, благодаря снижению риска попадания тяжелых металлов в почву и грунтовые воды, а также сокращению площадей шламохранилищ.

В-третьих, уловленный во время переработки цинк можно продавать в качестве сырья предприятиям цветной металлургии, получая при этом дополнительный доход. Вместе с сокращением затрат на покупку железорудного сырья и оплату использования шламохранилищ это позволит существенно повысить рентабельность предприятия.

В процессе развития технологий утилизации и переработки цинксодержащих отходов выделилось несколько основных направлений, каждое из которых обладает своими преимуществами и недостатками.

1.1 Основные направления переработки и утилизации цинксодержащих

металлургических отходов

Принято рассматривать четыре основных направления переработки и утилизации цинксодержащих отходов металлургического производства [9]:

1) стабилизация шламов цементом, жидким стеклом и другими веществами для упрощения захоронения;

2) рециркуляция отходов в плавильных печах или конвертерах с концентрированием цветных металлов до товарного содержания;

3) переработка цинксодержащих шламов и пылей на месте образования с помощью установок небольшой мощности (около 10 тыс. т. шламов в год);

4) переработка цинксодержащих шламов и пылей на централизованном предприятии.

Самым простым способом, используемым на протяжении долгого времени, является захоронение металлургических отходов. Но для его использования необходимы большие земельные площади и осуществление постоянного контроля экологической обстановки в районе шламохранилищ. Кроме того, теряются полезные элементы, которые можно перерабатывать.

Рециркуляция отходов с концентрированием цветных металлов не требует больших капитальных и эксплуатационных затрат, позволяет в отличие от захоронения извлекать выгоду из содержащихся в отходах цветных металлов, но не подходит для получения высококачественного металла, в особенности в случае сильного загрязнения шихтовых материалов.

Переработка отходов на месте их образования считается перспективным направлением, имеющим несколько преимуществ, главным из которых является отсутствие необходимости в транспортировке сыпучего материала. Также среди преимуществ можно выделить небольшие размеры агрегатов для переработки шламов на месте образования, и соответственно более низкие капитальные затраты на их строительство. Однако подобные агрегаты больше подходят для небольших металлургических заводов, а в условиях комбината с полным циклом производства строительство нескольких малопроизводительных установок может быть менее выгодным, чем создание централизованного предприятия или цеха по переработке цинксодержащих шламов и пылей.

Централизованная переработка шламов и пылей в настоящее время уже активно используется на нескольких заводах Японии, США и Западной Европы. Это направление имеет много преимуществ для крупных

металлургических предприятий, особенно тех, которые имеют возможность перерабатывать шламы, складированные в шламохранилищах. В этом случае завод по переработке цинксодержащих отходов будет полностью загружен в течение длительного времени, а предприятие получит дополнительный доход от продажи цветных металлов. Но централизованная переработка может также успешно осуществляться и на небольшом металлургическом предприятии, которое может оказывать услуги по переработке шламов других предприятий.

В рамках последних двух направлений существует большое количество способов переработки шламов с извлечением из них цинка:

1) гидрометаллургические;

2) механическое и гравитационное обесцинкование;

3) агломерация;

4) твердофазное восстановление железа;

5) жидкофазное восстановление железа.

Каждый из вышеперечисленных способов может быть осуществлен в нескольких вариантах, поэтому нуждается в подробном рассмотрении.

1.2 Гидрометаллургические способы

В качестве гидрометаллургических способов переработки цинксодержащих отходов используют виды выщелачивания:

1) щелочное;

2) аммиачно-карбонатное;

3)солянокислотное;

4) сернокислотное;

5) ацетатное.

Переработка шламов с помощью щелочного способа производят в две стадии: на первой шламы обрабатывают раствором щелочи, например, раствором едкого натра, а на второй проводят электролитическое осаждение цинка из раствора [10; 11].

В Уральском государственном техническом университете — УПИ совместно с ОАО «Уралмеханобр» на протяжении многих лет велись

исследования щелочного способа переработки доменного шлама [12 — 16]. В результате этих исследований были найдены оптимальные параметры выщелачивания [15], а также был сделан вывод, что щелочной способ применим для шлама с массовой долей цинка не более 1,2 %. Небольшая начальная концентрация цинка и степень его извлечения равная в среднем 85 %, позволяют утилизировать железосодержащий продукт в производстве агломерата [17; 18]. При повышенном содержании цинка специали