автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Утилизация фторуглеводородсодержащих отходов алюминиевого производства при агломерации

РГ6 0/1

На правах рукогшси

Дячок Николай Геннадьевич

УТИЛИЗАЦИЯ ФТОРУГЛЕРОДСОДЕРЖА1ЦИХ ОТХОДОВ АЛЮМИНИЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА ПРИ АГЛОМЕРАЦИИ

Специальность 05.16.02 - Металлургия черных металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новокузнецк - 1998

Работа выполнена на кафедре металлургии чугуна Сибирского государственного индустриального университета

Научный руководители: доктор технических наук, профессор

Борискин И.К.

кандидат геолого-минералогических наук, профессор Пермяков А. А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Хрущев М.С.

кандидат технических наук

ДябинВ.В.

Ведущее предприятие - ОАО "Кузнецкий металлургический комбинат"

Защита состоится "29" июня 1998 г. в 12 часов на заседании специализированного совета Д 063.99.01 при Сибирском государственном индустриальном университете по адресу: 654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42

С диссертацией можно ознакомится в научно-технической библиотеке Сибирского государственного индустриального университета

Автореферат разослан мая 1998 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук, доцент

А. Л. Николаев

/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. В настоящее время загрязнение окружающей среды в промышленных регионах достигло критической точки. Связано это не только с неудовлетворительной работой очистных средств, отставанием отечественных технологий и оборудования, но и с отсутствием должного внимания вопросам образования и утилизации (обезвреживания) промышленных отходов. Во многом данному вопросу мешает недостаточная изученность физико-химических свойств промышленных отходов. Однако, как показывает мировая практика, при комплексном подходе утилизация многих видов отходов технически возможна и зачастую экономически целесообразна вследствие снижения материалоемкости продукции и экономии сырьевых и топливных ресурсов. Следует отметить, что изучение возможности'утилизации нетрадиционных материалов применительно к промышленным технологиям способствует расширению теоретических представлений о специфике процессов.

Работа проводилась по решению руководства ОАО "ЗСМК" (протокол технического совета от ] 1.06.96 г.) согласно просьбе администрации алюминиевых заводов в рамках «Территориальной комплексной программы охраны окружающей среды Кемеровской области до 2005 г.». -

Цель работы. Изучение технической возможности -¡^-экономической целесообразности утилизации твёрдых фторуглеродсодержащих отходов при агломерации с учётом экологических требований.

Отходы исследовались на предмет замены дефицитной коксовой мелочи при агломерации и улучшения шлакового режима доменных печей за счёт фтористых соединений, а также с целью решения задачи в области безотходных технологий и охраны окружающей среды.

Научная новизна работы состоит в том, что на основании минералогического, рентгенофазового и термического анализа установлен качественный и количественный минеральный состав отходов, изучены их теплофизические и прочностные свойства. Показаны особенности поведения фтористых и щелочных соединений минеральной части отходов в процессе подготовки шихты и её спекания, а также специфика их смесевого и индивидуального горения в составе топливной части агломерационной шихты. Изучена специфика минералообразования и минерального состава агломератов, а также динамика изменения их металлургических свойств в зависимости от массовой доли отходов в шихте. Практическая ценность и реализация результатов работы:

- разработана технология подготовки агломерационной шихты с участием твёрдых фторуглеродсодержащих отходов к агломерации;

- предложена схема и состав оборудования подготовки фторуглеродсо-держащих отходов к спсканшо методом агломерации;

- выбрана оптимальная технология агломерации шихты с участием отходов на агломагаинах;

- определён диапазон и критерий замены коксовой мелочи в зависимости от вида, массовой доли отходов в топливной части и технологических факторов;

- выбран критерий стоимостной оценки фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства при утилизации в условиях агломерациошюго производства;

- материал используется при чтении спецкурса «Теория и технология подготовки руд», будет исиользован при чтении спецкурса "Безотходные технологии" и имеет просветительский характер.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на заседаниях научно-технического совета ОАО «3СМК» от 03.10.96 г. и 03.07.97 г., а также на пленарном заседании международной научно-практической конференции «Современные проблемы и пути развития металлургии» (г. Новокузнецк, 1997 г.).

Предмет защиты. Основные положения, выносимые на защиту:

- теоретические и экспериментальные исследования состава и свойств фторуглеродсодержащих отходов применительно к процессам окускования;

- особенности окомкования и распределения элементов и соединений в окомкованной шихте с использованием фторуглеродсодержащих отходов;

- теоретические положения и технология утилизации отходов в составе топливной части шихты при агломерации с учетом экологических требований;

- специфика минералообразоваиия и минерального состава агломератов, полученных с использованием отходов;

- металлургические свойства полученного агломерата.

Личный вклад автора. Автору принадлежи!' теоретическое и практическое решение положений, выносимых на защиту.

Публикации. Основное содержание диссертации изложено 6 публикациях, т. ч. 5 статьях в журналах и тезисах доклада.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, общих выводов, заключения, списка использованных источников и 2 приложений. Работа изложена на 239 страницах, в т.ч. 113 страницах машинописного текста, 90 рисунках, 60 таблицах и библиографии из 240 наименований отечественных и зарубежных источников.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении представлено обоснование актуальности проблемы утилизации фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства с позиций охраны окружающей среды, безотходных технологии, а также возможности покрытия дефицита коксовой мелочи при агломерации и улучшения шлакового режима доменных печей за счёт фтористых соединений.

1! первой главе на основании обзора 124 источников рассматриваются основные токсичные элементы, вносимые отходами, с позиций геолого-географических, токсикологических, гигиенических, технологических и экологических аспектов. Показаны условия образования, складирования и основные .направления утилизации фторуглеродсодержащих отходов.

Рассмотрены особенности использования фтористых добавок и материалов с повышенным содержанием щелочных соединений при подготовке руд к плавке и в доменном процессе.

Во второй главе рассмотрены свойства фторуглеродсодержащих отходов применительно к использованию в процессах окусковаши.

В алюминиевой промышленности СНГ ежегодно образуется 260-300 тыс. т твёрдых фторуглеродсодержащих отходов, в т.ч. около 110-130 тыс. т отработанной углеродистой футеровки электролизёров (ОУФЭ) и на шламовые поля сбрасывается около 150-170 тыс. т мелкодисперсных отходов производства смешанного криолита, в т.ч. 90-100 тыс. т шламов газоочистки (ШГЭ) и 60-70 тыс. т хвостов флотации угольной пены (ХФУП). Объём образования твёрдых фторуглеродсодержащих отходов по алюминиевым заводам за 1989 г. и их химический состав приведены в табл. 1 и 2.

Таблица 1

Объём образования твёрдых фторуглеродсодержащих отходов, тыс. т

Завод ОУФЭ ШГЭ ХФУП

Красноярский 31,4 23,0 23,8

Братский 30,0 28,0 24,9

Иркутский 12,2 8,0 6,0

Новокузнецкий 8,7 9,0 4,6

Волгоградский 8,47 5,4 5,54

Уральский 4,47 6,0 •- '

Богословский 4,06 9,0 -

Надвоицкий 1,82 4,0 , -

Днепровский 2,80 6,2 0,5

Сумгаитский 1,58 2,5 -

Саянский 6,55 - -

Таджикский 15,3 1,8 3,0

Всего по отрасли 127,35 102,9 68,34

Следует отмстить крайне неблагоприятный химический состав ШГЭ (см. табл. 2) с точки зрения утилизации отходов как углеродсодержащей добавки при агломерации. Объединение их с ХФУП и; совместное накопление в виде шлама в шламохраншшще способствует разубоживаншо продукта по углероду и обогащению нежелательными соединениями на основе алюминия и натрия. Согласно балансовым расчётам, исключение из анализа ШГЭ сопровождается потерей лишь до 12,14 тыс. т (12,29 %) в пересчёте на углерод и 68 тыс. т в натуральном тоннаже и соответственно до 16,39 тыс. т (50,38%) фтора и до 11,4 тыс. т (49,05 %) натрия.

Таблица 2

Химический состав твёрдых отходов, %_____________

Компонеп-' ты ОУФЭ ШГЭ" ХФУП Шламы со шламового поля

ВТ БТ

Р 12,30 32,70 15,50 8,79 21,03

А1 10,35 13,00 27,30 5,66 11,03

Ма 8,46 21,94 10,51 6,66 13,85

Са 2,56 0,50 0,40 0,71 0,80

мё 0,65 0,30 0,20 0,53 0,14

ТегОг 3,00 3,66 1,20 1,56 4,50

3,26 0,89 0,30 0,25 0,60

504 - 0,35 5,20 3,70 0,48 6,68

со2 - 1,70 - - 0,39 .

П.П.П." 49,4 16,8 18,90 72,10 40,08

Примечание. - .

ВТ и БТ - для электролизёров верхнего и бокового токонодвода. Потери при прокаливании представлены в основном углеродом.

Расчёты показывают, что в условиях АИП ОАО "ЗСМК" при максимальном дефиците твёрдого топлива 110,39 тыс. т (или 90,521 тыс. т углерода) даже при дифференцированном подходе отходы можно рассматривать в качестве одного из потенциальных источников покрытия-дефицита. •

ОУФЭ/ХФУП характеризуются самоплавкой минеральной Частью (золой) с основностью по Са0/8Ю2 и (СаО+М^О)^Ю2 1,231/2,342 и 1,425/3,629, против 0,096 и 0,131 у коксовой мелочи и низким кремниевым модулем (8Ю2/А120з) 0,251/0,063 против 1,857 у кокса соответственно. Высокая основность отходов позволяет несколько снизить расход известняка.

Используемые в исследованиях пробы ОУФЭ/ХФУП имели следующий химический состав, %: С-55,7/74,72; Ре-1,10/0,79; Мп-0,16/0,25; Р-0,04/0,02; 0,03/0,45; £-10,32/9,45; РЬ-0,031/0,031; 2п-0,02/0,02; £ЮГ2,21/0,35; А1203-8,79/5,57; СаО-2,72/0,82; N^0-0,43/0,45; Ыа20-8,67/7,89; К20-0,28/0,2. Гранулометрический состав ХФУП представлен в основном классом 0-0,2 мм (до 88 %).

Угол откоса воздушно-сухой пробы ХФУП составил 33°, насыпная плотность -0,749 т/м3. Влагосодержаиие ОУФЭ составляег 0,7 % для класса 20-80 мм и 7,3 % для класса 0-20 мм. Рештснофазовым и минералогическим анализом проб отходов установлен их минеральный состав (табл. 3).

Таблица 3

Минеральный состав твёрдых фторуглеродсодержащих отходов

Минерал Химическая Формула Содержание минерала, % (объёми.) в

усреднённой пробе ОУФЭ "горячем" слое ОУФЭ внутреннем слое ОУФЭ ХФУП

Графит С 83,37 70,95 87,21 87,41

Алюминий А1 0,14 1,33 - -

Флюеллит А12(Р04)Р-.(ОН)-7Н20 - - ' - 0,59'

Геарксутит СаА1Р4(0Н)Н20 - - - 0,34

Криолит ЫазА1Рб 1,44 2,17 1,02 5,62

Хиолит КазАЬРм 3,69 6,66 2,60 1,18

Виллиомит ЫаР 2,49 1,81 1,52 0,54

Флюорит СаР2 0,87 1,46 0,80 0,29

Майснит Са12Л1нОзз 0,46 0,48 0,42 0,15

Геленит СагА^СЬ 0,58 • 0,49 0,53 -

Кароббинт КР 0,03 0,06 0,02 0,03

Селлаит 0.30 1Д4 0,28 0,39

Гиератит К281Р6 0,03 0,06 0,02 0,02

Криптогалит (Ш4) 8.Т6 1,75 4,78 1,07 0,02

Эльпазолит К2№А1Р6 0,05 0,10 0,03 0,04

Веберит №^А1Р7 0,85 3,23 0,78 1,24 .

Сульфогалпт 2№2504№(С1,Р) 0,51 0,56 0,46 0,33

Шайерит №21(804)7Р6С1 - - ■ 0,33

Буркеит Иа^О^СОз - - - 0,33

Малладрит ^¡Рв 1,88 2.71 1,15 0,03

Криолит ка- КАШб 0,03 0,05 0,02 0,02

лиевый

Р-глинозем На20-11А1203 0,40 0,62 0,33 0,70

К2011А120з 0,14 0,25 0,08 -

йарц вЮ! - - - 0,17

Маггемит у-Ре20з 0,24 0,31 0,18 -

Гидрогема- Ре203пН20 - - - 0,16

тит РуГИЛ ТЮ2 0,07 . 0,10 0,05 0,07

Апатит С а5(Р04)3Р + + + +

Содалит №8А16816024С1 + + + +

Прочие - 0.67 0,69 1,44 0,01

Примечание.

Знак "+" означает присутствие в количестве менее 0,01 %.

Низшая теплота сгорания отходов составляет 12,068 МДж/кг у ОУФЭ, 23,754 МДж/кг ХФУП (27,569 МДж/т у используемой коксовой мелочи), что удовлетворительно коррелируется с содержанием в них углерода. Снижение теплоты сгорания объясняется также особенностью минеральной части, минералы которой имеют эндотермический эффект, обусловленный диссоциацией, полиморфными превращениями и плавлением в области температур 508-1273К. Ко-

эффициент для пересчета на тонны условного топлива в калькуляциях себестоимости должен составлять не более 0,41 ОУФЭ и 0,81 для ХФУП.

Результаты дериватографических исследований показывают идентичный характер горения ХФУП и коксовой мелочи. С точки зрения утилизации ОУФЭ является предпочтительной крупность 0-1 мм. Реакционную способность ОУФЭ и ХФУП определить не удалось вследствие интенсивного спекания проб в диапазоне 973-1073К.

Предел прочности ОУФЭ при одноосном сжатии составляет 90,37 МПа и /-=4,09 (кокс - 28,26 МПа,/= 1,5 и танггагольская руда - 201,33 МПа,/=8,35), что соответствует V категории горных пород, характеризующихся средней степенью крепости. Материал также имеет низкие величины коэффициентов внутреннего и внешнего трения, что вызывает подвисание материала между рабочими органами дробилок (валковой, щековой) при дроблении.

Лабораторные исследования по дробимости ОУФЭ и практика выбора оборудования для опытно-промышленной установки выявили ограниченность применения дробилок, работающих по принципу сжатия и раскалывания. Высокая степень дробления материала, с преимущественным выходом мелких классов, установлена при использовании молотковой дробилки, которая, наравне со стержневой и шаровой мельницами мо1уг быть рекомендованы в качестве агрегатов для получения агломерационного топлива из ОУФЭ. Подготовку отходов целесообразно вести отдельным потоком. При наличии весового дозирования в тракте подготовки известняка возможна совместная переработка.

В процессе гидратации происходит естественное разрушение ОУФЭ, связанное с увеличением объёма и массы образовавшихся соединений, сопровождаемое повышением температуры штабеля (за счёт тепла экзотермических реакций) и выделением газов (Ж1з, ПСЫ, Ш7 и др.) с появлением на поверхности характерного белого налета из гидратированных щелочных галоидов. Под действием атмосферных осадков, талых и паводковых вод происходиг Выщелачивание растворимых примесей. Динамика изменения рН среды от концентрации ОУФЭ разных классов крупности и щелочных соединений свидетельствует о наличии выраженных поверхностно-активных свойств водных растворов.

С целью избежания заражения окружающей среды (отходы относятся к 3 классу токсичности) отходы должны быть переработаны в минимальные сроки. При возможной утилизации ОУФЭ в агломерационном производстве для максимального использования поверхностно-активных свойств и теплотворной способности оптимальной крупаостыо считать фракцию 0-1 мм.

В третьей главе приведены методика отбора проб шихтовых материалов, их химический (табл. 4) и зерновой состав (табл. 5), углы естественного откоса,

Таблица 4

Химический состав и химико-аналитические критерии компонентов агломерационной шихты

Элемгит / Соезшге» нее Содержание элементов и соединений в материалах, %

КК АР КР ИР ТР О ЛМ И ИП КМ ОФ ХФ

Ре 62,53 47,19 49,62 53,10 52,92 72,31 17,34 0.38 0,88 1,11 0,55

Мп 0,09 0,08 0,51 0,40 0,40 0.64 18,70 0,01 0,01 0,16 0,02

Р 0,099 0,100 0,101 0,060 0,091 0,038 0,039 0,017 0,013 0,07 0,035 0,02

5 0,024 1,459 0.168 1,690 0,097 0.020 0,428 0,051 0,073 0,40 0,029 0,45

Р 0,060 0,052 0,054 0,064 0,068 0,059 0,060 0028 0,030 - 10,32 8,69

С»* 0,16 0,69 0,56 0,33 1,05 - 1,03 11,73 0,58 81,11 55,70 74,72

РЬ 0,0004 0,0068 0,0059 0,0066 0,0031 0,0670 - - 0.0050 0,0310 0,0150

2п 0,018 0,016 0,043 0,075 0,034 0,014 0,212 0,028 0,023 0,010 0,020 0,0100

РеО 24,26 24,90 21,30 25,79 23,33 75,37 1,73 - - - - -

Ре203 62,37 42,57 45,90 47,19 49,69 19,55 22,85 0,53 - 1,26 1,58 0,79

вю2 3,96 16,04 17,20 11,70 10,50 1,82 29,22 1,62 1,08 8,19 2,21 0,35

АЬО, 2,43 4,20 1,80 2,58 2,67 0,45 2,73 0,34 0,50 4.41 8,79 5,57

СаО 2,25 3,39 7,63 5,50 6,79 0,82 5,05 53,79 59,16 0,79 2,72 0,82

МйО 2,97 2,93 2,40 1,84 1,03 1,07 1,38 1.04 0,59 0,28 0,43 0,45

ТЮ2 0,25 0,25 0,25 0,15 0.10 0,27 - - 0,24 0,35 0,19

к;о 0,024 0,144 0,078 0,078 0,184 0,035 1,120 0,064 0,044 0,205 0,284 0,200

0,087 0,253 0,169 0,202 0,169 0,085 0,640 0,230 0,030 0,139 8,666 7,890

ПОП 1,40 4,19 3,40 3.05 5,18 8,57 43,5 38,47 2,73 4,88 5,60

Величина критериев***

В, 0,568 0,211 0,444 0,470 0,647 0,451 0,173 - - 0,096 1,231 2,343

В;**** 1,318 0,394 0,583 0,627 0,745 1,038 0,220 52.87 58,17 0,131 1,425 3,629

д, 0,817 0,312 0.528 0,514 0,594 0.833 0,201 - - 0,085 0,286 0,215

и, 1,630 3,819 9,556 4,535 3,933 4,044 10,70 4,765 2,154 1,857 0,251 0,063

О, 72,00 63,10 68,30 64,66 68,05 20,60 92.96 - - - - -

0г 38,90 58,49 46,41 54,65 46,95 386,52 ■7,57 - - - - -

К, 6,333 33,99 36,66 22,03 19,84 2,52 168,51 - - - 931,63 199,10 63.64

к, 0,139 0,536 0,341 0,380 0,319 0,118 3,69 - - . 15,91 780,72 1434

к, 0,178 0,841 0,498 0,527 0,667 0,16« 10,15 - - 38,64 806,31 1470

к< 0,038 3,092 0,339 3,183 0,183 0,028 2,468 - - 45,46 2,613 81,818

К} 0,158 0,212 0,204 0,113 " 0,172 0,053 0,225 - - 7,955 3,153 3,636

Ке 0,256 1,462 1,129 0,621 1,984 - 5,94 3087 - 9217 5018 13585

к7 3,598 7,18 15,38 10,36 12,83 1,13 29,12 - - 89,77 245,05 149

1<И 2,239 8,879 6,852 5,744 9,788 - 49,42 - - 310 439 1018

к, 0,096 0,110 0,109 0,121 0,128 0,082 0,346 - - - 1146 1580

Кщ 37,50 7,54 9,64 19,39 6,48 - 5,83 0,24 5,17 - 100,19 11,63

К,, 68,97 20,55 31,95 31,68 40,24 69,41 9,38 - - - 119,09 110,14

к„ 54,05 13,10 21,86 22,86 19,26 49,17 3,41 - - - 115,31 107,42

К„ 54,38 36,67 30,18 61,21 ,16,10 - 62,14 0,20 5,17 0,17 15,56 10,56

Грнмечаше.

Химический анализ сырья и шихты выполнен химико-аналитическими методами и На рентгеновском флуорес-енгтном квангометре УХ0-150Л фирмы «БЫтасЬм» в химической и рентгепослекгральной лабораториях ЦЗЛ

)ЛО"ЗСМК".

КК - коршуновский концентрат; аглоруды: АР - абаканская, КР - краснокамепская, ИР - ирбинская, ТР - таш-агольсхая, ЛМ - атасуйская железомарганцевая. О - окалина; флюсы: И - известиях; ИП - известь-пушонка; опливо: КМ - коксовая мелочь, ОФ - ОУФЭ, ХФ - ХФУП.

* для рудной части и флюсов приведено расчетное содержание карбонатного углерода

** критерии В,=СаО/8Ю;; П2=(Са0+М^0)/8102; П3=-(СаСИ М£0)/(5Ю2+А1203); М,=АЬ03/5Ю2 представлены в олях сдшшцн; критерии ОгРегОЛЕеО+РвгОз). О^РсО/РеА; К,-8Ю2/Ре; К2=На,0,Те; К3=№20+К20)/Ре; и=ЗЛге; К^Р/Ре; К6=ОТе; К^СаО/Ре; К^ППЛ/Ге; К9=ЕТе; К,„=р/С; Кп=К/№20; К1г=Г/(№20+К20) и :13=№20/С приведем в процентах.

*** Дтя флюсов приведено значение флюсующей способности по разности (Са0+М§0)-(5Ю2+А]20з)

Таблица 5

Зерновой состав железорудных и марганцевых материалов, флюсов и топлива

Наименование ' Содержание класса крупности (мм), % '

материалов 0-0,051 0,05-0,063 0,063-0,1 0,1-0,16 0,16-0,2 0,2-0,315 0,315-0,4 0,4-0,63 0,63-1 1-1,6 1,6-2,5 2,5-3 3-5 5-8 8-13 0-0,4 0,4-1,6 >1,6

1. К-т ММС, ГМ, ОМ:

коршуновскнй 6,31 68,92 11,26 4,95 4,07 2,33 1,28 0,60 0,28 - - - - - 99,12 0,88 -

2. Аглоруды и к-т CMC:

краснокамеиская 0,54 3,48 1,12 8,60 1,82 3,91 2,02 1,93 2,02 9,36 7,33 3,23 20,01 24,32 10,31 21,49 13,31 65,20

абаканская 0,92 3,3В 1,33 1,13 1,95 1,23 2,76 3,17 2,76 8,79 11,01 5,31 23,29 32,97 - 12,70 14,72 72,58

ирбинская 2,48 1,90 8,94 4,47 3,56 5,63 2,98 2,23 2,98 9,49 10,74 4,74 17,32 22,54 - 29,96 14,70 55,34

таштагольская 0,46 3,20 0,49 5,75 1,35 2,80 2,25 2,04 2,25 7,35 9,21 3,81 39,33 19,71 - 16,30 11,64 72,06

3. Марганцевые добавки: атасуйская аглорудз 0,16 1,31 0,99 1,98 1,36 . 4;38 7,57 7,58 7,57 13,57 16,44 9,45 18,81 8,83 17,75 28,72 53,53

4. Отходы производства: окалина 0,23 1,44 1,49 3,67 2,97 8,50 6,04 6,29 6,05 12,35 16,34 9,93 16,75 7,95 24,34 24,69 50,97

5. Флюсы:

известняк 0,18 7,38 0.88 10,77 3,54 7,60 5,04 11,14 11,29 14,79 16,33 4,67 6,32 0,07 - 35,39 37,22 27,39

известь-пушонка - 0,81 9,96 29,23 31,43 14,43 3,30 3,88 2,42 1,76 1Д7 0,81 0,44 0,36 - 89,16 8,06 2,78

6. Твердое топливо:

коксовая мелочь, в т.ч.: 1

фракция 0-0,5 мм - 4,76 5,81 24,85 11,61 24,97 10,34 16.38 1,28 - - - - - - 82,34 17,66 -

фракция 0,5-1 мм - - - - - - 3,52 90,27 6,21 - - - - - 100,00 -

фракция 1-2 мм - - - - - - - - 5,26 60,21 34,32 0,21 - - - 65,47 34,53

фракция 2-3 им - - - - - - - - 1,31 55,87 42,04 0,78. - - - 1,31 98,69

фракция 3-5 мм - - - - - - - - - - - 1,54 98,11 0,35 - - - 100,00

ОУФЭ, в т.ч.:

фракция 0-0,5 мм 0,31 4,29 5,51 42,11 10,11 22,97 10,87 3,83 - - - - - - 96,17 3,83 -

фракция 0,5-1 мм - - - - - - 9,96 74,69 15,35 - - - - - 9,96 90,04 -

фракция 1-2 мм - - - - - - - 8,80 61,06 30,14 - - - - - 69,86 30,14

фракция 2-3 мм - - - - - - - - - - 17,33 77,99 4,68 - - - - 100,00

фракция 3-5 мм - - - - - - - - - - - 2,75 96,57 0,68 - - - 100,00

фракция 5-8 мм ХФУП, в т.ч.: - - • - - - - - - - ■ 1,22 98,33 0,45 - - 100,00

фракция 0-3 мм 1,06 19,19 38,87 17,85 11,23 7,97 1,44 0,86 0,58 0,48 0,19 0,28 - - - 97.61 1,92 0,47

плотность и др. Приведен пофракционнын технический анализ топлива, его тепловые и реакционные характеристики. Детально исследован минеральный состав (табл. 6) и текстурно-структурные особенности железорудной части шихты, включая фтористые и щелочные минералы.

Железорудные материалы рудной части агломерационной шихты представлены магнетитовым типом с довольно высоким отношением РеО/Г;е20-!, главным образом, за счёт сульфидов и частично силикатов и карбонатов. Магнетит Коршуновского месторождения, в отличие от других, характеризуется более сложным составом вследствие образования непрерывного ряда твёрдых растворов гомогенного состава с магнезиоферритом и эмульсионных вкраплений шпинели, мельчайших включений хлоритов и кальцита, т.е. концентрат с "грязной" рудной фазой. Содержание гематита, как правило, не превышает 3,5 % (масс.), во всех рудах встречаегся магтемит и реже ильменит.

Сера входит в основном в состав сульфидов - пирита, пирротина, реже галенита, сфалерита. Следует отметить довольно высокое отношение пиритной и пирротинопой серы в рудах Абаканского, Краснокаменского и Ирбипского месторождений. Сульфатная сера в виде барита в значительных количествах присутствует в атасуйской железомарганцевой руде и встречается в рудах Ирбинско-го месторождения.

Марганец присутствует как изоморфная примесь, а также в виде распы-лёшюго марганцевого орудпения (пиролюзит, якобсит, браунит). Кальций представлен кальцитом, пироксеном, реже анкеритом, флюоритом и апатитом, а также входит в состав силикатов (фанаты, амфиболы, эпидот и сфен). Магний представлен анкеритом, пироксеном и амфиболами. В составе коршуновского концентрата магний входит в состав магнезиоферрита и шпинели. Кремний входит в состав кварца и широко представлен силикатами, в состав которых входит и алюминий. Фосфор вносится апатитом, являющимся также носителем фтора и хлора, которые, кроме того, присутствуют в скаполите и сфене (фтор). Щелочные металлы широко распространены в силикатах'(ортоклаз, альбит и др.).

В четвертой главе приведены прогнозные характеристики аглошихт (табл. 7) и агломерата, рассмотрены особенности 1рануляции, аэродинамика (рис. 1, 2), распределение элементов и соединений в окомкованной шихте с различной долей отходов (рис. 3) и результаты их агломерации (рис. 4, 5). Методом прерванных спеканий изучена динамика распределения основных элементов, вносимых отходами, по высоте спека/шихты (рис. 6).

Экспериментальными исследованиями окомкования агломерационной шихты с участием ОУФЭ установлено улучшение грануляции шихты и упрочнение гранул, связанное с увеличением рН водных растворов и химико-

Минеральный

железорудного сырья, %

Наименование ' мивералз

Химическая формула

концентрат

объС'мн. ( масс.

Абаканская аглоруда

объем н масс.

Краснокаменская| Крбикская аглоруда | аглоруда

Тагатаголькая аглоруда

Агасуйскач Ре-Мп агкОруда

РеРе?0<

Мапюферрит

РеА

3,35

Цяш

Пирит

Пирротин

Сфалерит

Ольдгамит

0,05 0,15

Барит

ВаБО*

Са<(РО,),Р

|СаСО,

Ликер ит

9,\2

Хлорит

Пироксен

СаМ^&А

?,} 7

№Ха4Л№;А6ОН(а,Р.СО,)

N аСа2 А ^ Б ¡¿О¿рбНгО

Флюорит

0,32

Гранат

Са,РсА](5Ю4)1

Амфибол

СаМяУе$14ОцОН

Са1А118|,ОиОН

Кварц

Ортоклаз

КаА^1;08

Сфен

СаТ;3;04(0,0Н,Р)

Браукит

ЗМп;0?(Мп,Му,Сз)510г

Родонит

ГМп.Са^О}

Спессартнн

МП,МП;(5|0„)3

Кальдсрит

Тефроит

МщЭЮ,

Фридслит

Мп^ОиКОНХри

Примечание.

Признак присутствии минерала в пробе: - отсутствует;

'+" • арисутствст в количестве менее 0,01%;"+/-" - вероятно присутствие/отсутствие в зависимости от пробы

пбь4мн

объвмн

МйгечО

МгАШ,

РеТЮ

+

+

+

+

+

+

3.

РеЭ

0.18

4

+

0.10

0.1

+

¥

+

Ь.13

+

Са1-

+

+

1.21

+

+

+

■+

1.71

+

+

+

+

+/

Ч-

+

Сял. стекло

Таблица 7

Состав агломерационных шихт по ссриям опытов на сухую массу, кг__

Наименование материала Т-0(Х-0) Т-5У Т-15У Т-ЗОУ Т-50У Т-100У Т-М0О, Т-1300.К Т-1МЖ Т-100О: Х-5К Х-25К Х-50К Х-100М Х-100У Х-[ООО, Х-100К Х-ЮиО,

1. Железорудное сырье:

концентраг корщутшвехий 12,068 12,068 12.068 12,068 12,068 12,068 12,068 12,068 12.068 12,068 12,068 12,068 12,068 12,068 12,068 12,068 12,008 12,068

смесь аглоруд, в т.н.. 5,606 5,605 5,606 5,607 5,606 5,607 5,607 5,605 5,606 5,606 5,606 5,604 5,604 5.606 5,605 5,604 5,607 5,606

абахакская 2,306 2,305 2,306 2,306 2.306 2,306 2,306 2,305 2,306 2,306 2,306 2,305 2,305 2,306 2.305 2,305 2,306 2,306

краснокаменская 1,955 1,955 1,955 1,956 1,955 1,956 1,956 1,955 1,955 1,955 1,955 1,955 1,955 1,955 1.955 1,955 1,956 1,955

ирбинехая 0,769 0,768 0,769 0,769 0,769 0,769 0,769 0,768 0,769 0.769 0,769 0,768 0,768 0,769 0,768 0,768 0,769 0,769

таштагольская 0,576 0,576 0,576 0,576 0,576 0,576 0,576 0,576 0,576 0,576 0,576 0,576 0.576 0,576 0,576 0,576 0,576 0,576

окалина 0.288 0,288 0.288 0,289 0,288 0,288 0.288 0,288 0,288 0,28* 0,288 0,288 0,288 0,289 0,289 0.289 0,288 0.289

Итого по пункту 1 17,962 17,961 17,962 17,964 17,962 17,963 17,963 17,961 17 962 17,962 17,962 17,960 17,960 17,963 17,962 17,961 17.963 17,963

2. Марганцевое сырьб:

атасуйская ре-Мп аглоруда 0,300 0,300 0,299 0,299 0,297 0,291 0.293 0,294 0,293 0,293 0,300 0,300 0,299 0,298 0,298 0.299 0,299 0.300

Итого по пункту 1 и 2: 18,262 18,261 18.261 18,263 18,259 18.256 18.256 18.255 18,255 18,255 18.262 18,260 18,259 18,261 18.260 18,260 18 262 18,263

3. флюсующие добавки;

известняк 1,092 1,084 1,064 1,040 1,005 0,875 0,873 0,874 0,863 0,860 1,082 1,040 0,988 0,888 0,886 0,885 0.885 0.880

известь-пушонка 0,611 0,611 0,611 0,611 0,611 0.611 0,611 0.611 0,611 0,611 0,611 0,611 0,610 0,608 0.608 0,609 0,609 0,611

Итого по пункту 3: 1,703 1,695 1,675 1,651 1,616 1,486 1,434 1,485 1,474 1,471 1,693 1,651 1,598 1,496 1.494 1,494 1,494 1,491

Итого по пунктам 1-3: 19,965 19,956 19,936 19,914 19,875 19,742 19,740 19,740 19,729 19,726 19,955 19,911 19,857 19,757 19,754 19,754 19,756 19,754

4. Твердое топливо па фр.:

4.1, Коксовая мелочь, в т.ч.: 1,390 1,343 1,211 1,055 0,831 1,321 1.042 0,695

0-0,5 мм 0,500 0.483 0,436 0,380 0,299 0,476 0,375 0,250 -

0,5-1 км 0.209 0,201 0,182 0,158 0,125 - 0,198 0,156 0,104 -

1-2 мм 0,417 0,403 0,363 0,317 0.249 0,396 0,313 0,209

2-3 мм 0,264 0,255 0.230 0,200 0,158 - 0,251 0,198 0,132

4.2. ОУФЭ, в т.ч.: 0,070 0,266 0,499 0,831 2,066 2,284 2,293 3.314 3,554 - - -

0-0,5 мм 0.031 0,117 0.220 0,366 0,909 1,005 0,229 1,458 1,564 - -

0.5-1 мм 0,011 0,043 0,080 0,133 0,331 0,365 0,275 0.530 0,569 - - -

1-2 мм 0,014 0,053 0,100 0,166 0,413 0,457 0,413 0,663 0,711 - -

2-3 мы 3-5 мм 0,014 0.053 0 100 0,166 0.413 0,457 0,436 0,757 0.663 0,711

5-8 мм 0,183

4 3 ХФУП. в т.ч.: 0,081 0,403 0,806 1,390 1,500 1,580 1.611 2.027

0-0,5 ми - 0,079 0,395 0,790 1,363 1,471 1,549 1,579 1.987

0,5-1 мм 0,001 0,004 0,008 0,014 О.015 0,016 0,016 0.020

1-2 мм 0,000 0,002 0,005 0,008 0,009 0,009 0,009 0,012

2-3 мм 0,000 0.001 0,003 0.005 0,006 0 006 0,006 0.007

Итого по пункту 4: 1.350 1,413 1,477 1,554 1,662 2,066 2,284 2,293 3,314 3,554 1,402 1,445 ■ 1.501 1,390 1.500 1,580 1,611 .2.027

Итого задано на агломерацию 21,355 21,369 21,413 21,468 21,537 21,808 22.024 22,033 23,043 23.280 21,35? 21,356 21,358 21,147 21,254 21,334 21,367 21,781

5. Возврат, в т.ч. фр.: 9,022 9,024 9,020 9,022 9,021 9,024 : 9,022 9,021 9,023 9,022 9,023 9,022 9,023 9,020 9,022 9,021 9,023 9,022

0-1 мм 2,616 2,617 2,616 2,616 2,616 2.617 2,616 2,616 2,617 2,616 2,617 2,616 2.617 2,616 2,616 2,616 2,617 2,616

1-3 мм 3,338 3,339 3,337 3,338 3,338 3,339 3,338 3,338 3,339 3,338 3,339 3,338 3,339 3,337 3.338 3,338 3,339 3,338

3-5 мм 3,067 3,068 3,067 3,067 3,067 3,068 3,067 3,067 3,068 3 067 3,068 3,067 3,068 3,067 3,067 3,067 3,068 3,067

Итого задано по тактам 1-5 30,377 30,393 30,433 30,490 30,558 30,832 31,046 31,054 32,066 32,302 30,380 30,378 30,381 30,167 30,276 30,355 30,390 30,803

6. Влага, в т.ч: 2,286 2Д88 2,291 2.295 2,300 2,321 2,337 2,337 2,414 2,431 2,287 2,286 2.287 2,271 2,279 2,285 2,287 2,319

вносится материалами 0,066 . 0,068 0,068 0,069 0,069 0,072 0,074 0,081 0,082 0,083 0,067 0,065 0,065 0,064 0,064 0,063 0,064 0,066

перед смесителем 0,913 0,913 ■ 0,914 0,915 0,917 0,923 0,928 0,920 0,953 0,959 0,913 0,914 0,915 0.910 0,913 0 916 0,916 10.928

в окомковктсль 1,307 1,307 1:309 1,311 1,314 1,326 1,335 1,336 1,379 1,389 1,307 1,307 1,307 1,297 1,302 1,306 1,307 11,325

Итого задано в шихту: 32.663 32,681 32,724 32,785 32,858 33,153 33.383 33,391 34,430 34,733 32,667 32,664 32,668 32,438 32.555 32,640 32,677 33,122

7. Постель 1,500 1,500 1,500 1,500 1,500 1,500 1,500 1,500 1,500 1,500 1,5141 1,500 1,500 1,500 1,500 1,5» 1,500 1,500

Итого задано на агломерацию 34,163 34,181 34,224 .34.285 34,358 34,653 34,883 34,891 35,980 36 233 34,167 34,164 34,168 33,938 34.055 34,140 34,177 34,622

минералогическими превращениями в шихте, сопровождаемыми образованием элементов жидкого стекла и увеличением объёмной проводимости шихты. Динамика изменения оценочных показателей согласуется с характером изменения среднемаесового и среднелогарифмического диаметров гранул шихты. Использование ХФУП несколько ухудшает условия грануляции вследствие гидрофобных свойств, приобретенных в процессе регенерации криолита методом флотации.

0,85

0,75

"х

5 0,65

«

н л 0,55

3 -е-

л ь 0,45

О

с % О 0,35

0,25

О—Т-0

-0-Т-15У —в-т-зоу —й—т-юоо,

-I-

2,00 : 11,98

I

11,96

0 а

1 1,94

С

1 1'92 1,90

1

—•— насыпная плотность —о—усадка --

V.

2,5

5 7,5

Разрежение, кПа

10

Рис. 1. Зависимость средней скорости фильтрации »оздуха от разрежения под колосниковой реш&гкой

0 2 4 6 8

Содержание ОУФЭ в шип г, %

Рис. 2. Динамика изменения насыпной плотности л линейной усадки шихты с вводом ОУФЭ

С увеличением доли ОУФЭ увеличивается закатывание топлива в гранулы (ем. рис. 3). Поэтому при ее утилизации в процессах окусхования целесообразно учигывать отмеченные особенности грануляции, распределения элементов и соединений в шихте и особенности смесевого/индивидуалыюго горения ОУФЭ и в зависимости от поставленной цели (улучшение условий грануляции и упрочнения гранул или частичной/полной замены коксовой мелочи, а также возможной их комбинации) применять соответствующую технологию подготовки шихты к спеканию. ■

В лабораторных условиях при замене коксовой мелочи на отходы были опробованы пять критериев (ОУФЭ/ХФУП): М - массовый эквивалент (коэффициент замены 1,00/1,00), У - замена по углероду (1,456/1,084), О1 - замена объёму в насыпке (1,603/1,137), 0)К - замена по объёму, в насыпке повышешюй крупности (1,613/-) и К - низшей теплоте сгорания (2,284/1,16). Замена по объёму, занимаемому топливной частью в окомкованной шихте (02 - 2,439/1,458) не была реализована вследствие получения удовлетворительных результатов в предыдущих сериях.

Средний диаметр класса крупности, мм ■

Рис. 3. Распределение элементов и оксидов по классам крупности окомковапной шихты:О - Т-0;0 - Т-ЗОУ; И - Т-ЮОО>.

а /

/

/

/

V /

и б

к •

х ——. — ■—и

та

^ ЙА «

Е йв

о

е

| 68

с £

£ 68 вв

из

И

О

в

5

® га

с

е

л—* д /

/

/

/

и

га паз

КЗ

е

—

/.у

г

N.

--Д=

■I

а

ф

1— 3

V /

Ф » " СО 1® 0 « Ш

Доля углерода отходов, в % от расхода углерода в серии Т-0

ев

и)

Рис. 4. Влияние замены коксовой мелочи ОУФЭ на показатели процесса спекания

и качество агломерата при замене по углероду по технологии: О - без подогрева шихты; • - с подогревом шихты; ♦ - снижение крупности ОУФЭ; О - подача топлива на окомковшшую шихту; А - раздельная подготовка шихты; без подогрева шихты при замене по объёму в насыпке обычной А и повышенной крупности X

и теплоте сгорания □

с

£

т

ч,_

-А

Р_

---- ]/

б

V-

I

мо

70 Ы 723

ее «

« та

а

| ® к

ь йя

60 воо

и

4 Ш)

О

5

« 1800

л

а.

« 1730 я*

ы С

Ъ пю р-

1(Ш Хг

в?

о 30 «

г

Г

/ ----

/

/

/ д

/

/ -о

£

* е

/

120

X

к0

3

ш

Доля углерода отходов, в % от расхода углерода в серии Т-0

>ис. 5. Влияние замены коксовой мелочи ХФУП на показатели процесса спекания и ;ачество агломерата при замене коксовой мелочи на ХФУП по теплоте сгорания О, мссе О, углероду А и объёму в насыпке □

е

И)

р, % %

Рис. 6. Динамика изменения содержания элементов и соединений по высоте спека и шихты прерванного 9 и завершенного О спекания серии Т-ЮОО1

Для ОУФЭ опытные спекания по традиционной технологии с подогревом шихты реализованы для диапазона 0-24,5 % (ввиду резкого повышения объёмной проводимости шихты при больших расходах) от расхода углерода в серии Т-0 при эквиваленте замены коксовой мелочи па по углероду и по полной программе - без подогрева шихты в диапазоне 0-100 % при крупности отходов 0-3 мм.

С увеличением расхода отходов от 0 (серия Т-0) до 105,30 кг/т агломерата (серия Т-100У) при замене коксовой мелочи на отходы по углероду без подогрева шихты наблюдается снижение удельной производительности агломерационной установки с 1,104 до 0,647 т/(м2 -ч) или на 41,39 % (отн.) (рис. 4 г). Причём, заметное снижение наблюдается при замене отходами более 35-40 % коксовой мелочи. При полной замене коксовой мелочи на ОУФЭ при данном эквиваленте наблюдается резкое ухудшение прочностных показателей (рис. 4 а, в): снижается выход годного до 54,57 % и ухудшается механическая прочность агломерата на удар (Х-59,36 %) и истирание (XI-6,73 %), что связано, главным образом, с выраженным дефицитом тепла. Приход тепла при условии полного сгорания топлива в серии Т-100У на 34,90% ниже, чем в серии Т-0. Некоторое улучшение прочностных показателей при полной замене коксовой мелочи отмечается в серии Т-ЮООь Так, при снижении удельной производительности относительно серии Т-100У на 5,1 % (с 0,647 до 0,614 т/(м2 -ч)) отмечается повышение выхода

годного (59,73 %) и механической прочности (Х-64,00 % и XI-5,23 %) (см. рис. 4 а,я), однако теоретический расход тепла при сгорании топлива в данном случае ниже на 27,94 %. Следует отметить то обстоятельство, что определяющим при агломерации шихт с участием ОУФЭ являются не только особенности её горения (выраженный поверхностный характер горения частиц отходов) и характер распределения отходов при окомковании, но и высокая активность минеральной составляющей, которая приводит к спеканию гранул и, соответственно, затруднению диффузии кислорода вовнутрь гранулы, снижению реакционной поверхности и незавершенности процессов тепло- и массообмена. Характерное увеличение остаточного углерода в агломерате с 0,08-0,1 % в серии Т-0 до 0,10-0,13 % в Т-ЗОУ, 0,15-0,18 % Т-ЮОО, и до 0,32-0,40 % в серии Т-100К подтверждает отмеченные особенности горения. Следует отметить, что подогрев шихты (см. рис.

4) более заметно сказывается на показателях процесса у шихты без участия отходов. Так, падение производительности установки (см. рис. 4 г) на шихте серии Т-0 без подогрева составило 9,5 % (с 1,219 до 1,104 т/(м2-ч)) и лишь на 3,21 % (с 1,090 до 1,055 т/(м2-ч)) на шихте 'Г-30У, что подтверждает роль ОУФЭ в повышении прочности гранул окомкованной шихты в зоне переувлажнеты.

Снижение крупности ОУФЭ до 0-1 мм несколько улучшает показатели процесса, однако отмеченная выше тенденция проявляется и в данном случае. При использовании отходов с повышенным верхним пределом крупности (серия Т-ЮОО1К) наблюдается резкое ухудшение всех показателей агломерационного процесса (рис. 4) вследствие резкого рассогласования фронта теплопередачи и скорости сгорания частиц различной крупности.

Опыты по интенсификации процесса агломерации шихты с участием ОУФЭ показали, что реализация новых схем подготовки шихты (накатывание топлива на гранулы предварительно окомкованной шихты и раздельная подготовка шихты) позволяет использовать ОУФЭ без снижения производительности и прочностных показателей в диапазоне расходов, предусматривающих полную утилизацию отходов в регионе.

Опытные спекания по определению коэффициента замены коксовой мелочи на ХФУП проводились на шихтах, не содержащих коксовую мелочь (см. рис.

5). При традиционной технологии (дозирование-смешивание-окомкование) в шихтовых условиях ОАО «ЗСМК», при полной замене коксовой мелочи ХФУП, является предпочтительной замена по низшей теплоте сгорания. При полной замене коксовой мелочи установлено незначительное на 1,89 % (1,196 против 1,219 т/(м2-ч) на коксовой мелочи) снижение удельной производительности установки и повышение механической прочности на удар (69,35 % против 67,16 %, т.е. на

2,19 % абс.). При частичной замене хоксовой мелочи был использован полученный эквивалент. Результаты спеканий показали хорошую сопоставимость показателей процесса с базовыми опытами для ХФУП (см. рис. 5). Содержание остаточного углерода в агломерате (в условиях полной замены) несколько повышается от 0,08-0,1 % при использовании коксовой мелочи до 0,1-0,13 % при использовании ХФУП.

С увеличением массовой доли отходов в топливной части шихты наблюдается повышение содержания щелочей и фтора в агломерате (в среднем N820 с 0.14 до 0,25 % и Р с 0,06-0,08 до 0,5-0,6 % при полной замене коксовой мелочи на ХФУП и до 0,79 и 0,9-1,0 % соответственно на ОУФЭ), несмотря на возрастание степени удаления оксида натрия с 7-8 до 30-40 %. Согласно балансовым расчётам потери фтора с газовой фазой достигают 30 % на максимальных концентрациях, что предопределяет наличие соответствующей газоочистки (мокрая стадия, серогазоочистка и др.). На реально осуществимых расходах при полной утилизация ОУФЭ и ХФУП в регионе максимальные их расходы в условиях АИП ОАО "ЗСМК" не превысят 13 и 10 кг/т агломерата. В этих условиях следует ожидать снижения содержания железа в агломерате на 0,14 % для ОУФЭ и повышения на 0,04 % для ХФУП, увеличения содержания оксида натрия в агломерате с 0,12-•0,13. до 0,17-0,19 % для ОУФЭ и 0,15-0,16 % для ХФУП и фтора с 0,04-0,05 до 0,14-0,15 и 0,12-0,13 % соответственно. При этом содержание фтора в отходяящгх газах составит до 130 и 100 мг/м3, что при 95 % эффективности известных газоочистных систем позволит снизить его содержание до 6,5 и 5 мг/м3, при европейских (Нидерланды, Германия) нормативах 10 мг/м3.

В пятой главе рассмотрены минеральный состав и текстурно-струкгурпые особенности полученных агломератов (табл. 8, рис. 7-9).

Таблица 8

Минеральный состав агломерата, % (объёмн.) _

Наименование минерала Химическая формула Т-0 Т-30У Т-ЮОО,

Вюстит РеО 0,8 0,4 0,1

Магнетит, Рс-Ре204 71,3 70,7 68,1

в т.ч. маггемит у-Ре203 4,2 - -

Гематит первичный сс-Ре203 0,1 0,3 1,0

Гематит мартитовый а-Ре203 1,2 1Д 1,9

Феррит кальция СаРе204 0,2 0,8 1,9

Оливин , (М§,Ре,Са)28Ю4 2,8 2,2 0,2

Мелшшт Са2(Мв,81,Л1,Ка)28Ю7 5,5 1,3 -

Стекло 18,0 23,3 26,4

Магнетит является главным рудным минералом (см. рис. 7), его содержание колеблется в пределах от 65 до 72 % (объёмн.). Содержание магнетита не*'' сколько снижается в верхней части спека за счёт образования вюстита (см. рис. 9

а), что связано с особенностью газового периода. С увеличением доли ОУФЭ в шихте содержание магнетита в агломерате снижается за счёт увеличения содержания гематита (см. рис. 8 а, б) и кальциоферрита (см. рис. 8 а), что хорошо согласуется с теорией Д.С. Коржштского о кислотно-основном взаимодействии компонентов в расплавах. Повышение содержания гематита объясняется добавлением щелочных соединений натрия и калия, которые при постоянном отношении СаО/КЮ2=1,0, повышая основность расплава, приводят к увеличению коэффициента активности закиспого железа и оксида кальция.

, , ... А- * '

. а'"»•Л *

. S4' ^

1 ^ ^ 1

гоч _ •C v"1

■v

V *

.V"? . ' -

A '«V

5

* el

Рис. 7. Типичная структура агломератов. Белое - магнетит. Светло-серое - стекло. Чёрное - поры. Отражённый свет, увел. 300. а - Апт. еершг Т-0, б - Агл. серии Т-ЗОУ, « - Агл. серии Т-1000,.

увр, ' ' •'ёВЖЬ^ШР

Л > -Г^ w- ¡ s Н,| •

^ ""WtH г3*

Рис. 8. а - Скелстно-дендритный гематит в шлировых скоплениях силикатов. Агл. серии Т-1000]. Отр. свет, иммерсия, увел. 800; б - Мартитовая структурапрорастания магнетита с гематитом. Агл. серии Т-ЮОО,.Огр. Сеет, увел. 300; в - Пойкилитовые прорастания с магнетитом и идиоморфные кристаллы калыдаоферрита. Агл. серии Г-ЗОУ. Отр. свет, упел. 500.

K^ifeg-s

Рис. 9. я - Вкрапленность металлического железа и вюстита в удлинённых, кристаллах оливина. Агл. серии Т-0. Огр. свет, увел. 360; б - Скелетио-дендритиый мелилит (светло-серое) в скопление стекла (серое). Агл. серии Т-0. Отр. свет, увел. 300; в - Тонкие скелетные кристаллы майенита в стекле (серое). Белое-магнетит. Агл. серии Т-ЮОО[. Отр. свет, иммерсия, увел. 800.

В агломерате различаются две морфолого-генетические разновидности гематита. Гематит первичный образует скелетно-дендритные формы в шлировых скоплениях силикатов, образуя упрочняющий армирующий каркас в хрупком стекле (см. рис. 8 а). Первичный гематит распространен в агломератах серий Т-ЗОУ и Т-1000ь его содержание изменяется от 0 до 1,5 %, возрастая в направлении увеличения массовой доли фтора и щелочей (см. табл. 8). Гематит вторичный (мартитовый) образуется при окислении магнетита (см. рис. 8 б). Доля мар-тигового гематита колеблется в пределах от 0 до 5 %, возрастая пропорционально расходу отходов.

Кальциоферрит присутствует в составе агломератов, полученных с применением ОУФЭ (серии Т-ЗОУ, Т-ЮОО1). Его содержание колеблется от 0,5 до 4 %. Кальциоферрит обычно находится в высокоофлюсованных участках агломерата (см. рис. 8 в). Оливин и мелилит (см. рис. 8 а,б) присутствуют в агломерате серий Т-0 и Т-ЗОУ. Их содержание снижается при увеличении содержания фтора и ще: лочей. Майснит (см. рис. 9 (?) встречается в агломератах, полученных при спекавши шихт при полной замене коксовой мелочи на ОУФЭ.

Фторсодержащие и щелочные минералы микроскопически не были обнаружены, несмотря на относительно высокое содержание фтора и щелочей в агломерате серии 'Г-10001. Очевидно, фтор и щелочные металлы изоморфно входят в кристаллические структуры минералов и растворены в стекле.

В Шестой главе рассмотрено поведение агломерата с повышенным содержанием фтора и щелочей при размягчении (рис. 10).- - ... ■

Усреднённая температура начала и конца размягчения агломератов с повышением содержания фтора и щелочей закономерно снижается с 1282 и 1492К (серия Т-0) до 1242 и 1477К (серии Т-ЗОУ) и до 1177 и 1450К (серии Т-ЮОО,) соответственно, причём падение температуры конца размягчения имеет более резкий характер. Температурный интервал размягчения агломератов расширяется с 210 (серия Т-0) до 235 и 273К (серия Т-ЗОУ и Т-ЮОО]). Указанная динамика изменения показателей размягчения объясняется, по нашему мнению, особенностями минерального состава агломератов (см. табл. 8). Так, снижение содержания кристаллических силикатов (оливина и мелилита) и соответствующее увеличение доли гематита, кальциоферрита и силикатного стекла в агломерате с повышением содержания фтора и щелочей приводит к снижению температуры плавления связки и незначительному увеличению подвижности магнетитового каркаса агломерата.

Некоторое увеличение значений усадки для агломерата серии Т-ЗОУ относительно Т-0 в-области температур 673-873К можно объяснить полиморфным

превращением маггемнт <-> гематит (473-953К), сопровождающимся уменьшением объёма на 8,7 %.

5 О -5 -Ю

в4

а -15

3 -20

у

^ -25 -30 -35 -40

273 473 673 873 1073 1273 1473 1673 Температура, К

Рис. 10. Кривые размягчения агломератов

В седьмой главе на основании калькулирования базовых шихт и полученных технологических показателей процесса, а также платы алюминиевыми заводами за загрязнение окружающей среды и землепользование определены ценовые ориентиры приемлемой для обеих сторон утилизации.

Экономические расчёты, базируемые на динамике изменения калькуляции себестоимости агломерационной шихты с использованием ОУФЭ, объективно показывают, что нулевая цена становится приемлемой для металлургических заводов лишь после реализации новых схем подготовки шихты. Причём, с экономической точки зрения, более выигрышной становится подача отходов в составе топливной части на предварительно окомковашгую шихту вследствие несколько большей производительности. «Хвосты флотации» угольной пены в экономическом плане, как и в технологическом, являются более предпочтительным вариантом в условиях пулевой цены.

Согласно расчётам внедрение опытных технологий позволит облегчить экологическую ситуацию в регионе, причем предотвращенный экологический ущерб по статьям- платы за землепользования, размещения отходов III токсичности и выбросам загрязняющих веществ в окружающую природную среду составит в ценах 1996 г. не менее 11 537 490 тыс. руб. в год или более 78 742 руб./т переработанных отходов.

-•-т-0 —о—т-зоу —т-1000, —1—

т

V 1—

Заключение

Согласно проведённым исследованиям установлено, что образуемая в регионе отработанная фторуглсродсодержащая футеровка электролизёров может быть эффективно переработана в агломерационном производстве по схеме подачи её в составе топливной части на предварительно окомкованную шихту или методом раздельной подготовки шихты при крупности помола отходов 0-1 мм с заменой коксовой мелочи но эквиваленту углерода. Хвосты флотации «угольной пены» в отмеченном диапазоне могут' быть переработаны по традиционной схеме подготовке шихты при замене коксовой мелочи по эквиваленту низшей теплоты сгорания. Экологичность данной технологии но выбросам фтора обеспечивается наличием системы серогазоочистки, позволяющей снизить содержание фтора в отходящих газах до европейских нормативов (Нидерланды, Германия -10 мг/м3), а также сернистого ангидрида.

Выводы

1. Фторуглеродсодержащие отходы, наряду с аэроиромвыбросами и промстоками являются значительным фактором вредного воздействия алюминиевых заводов на окружающую среду.

2. Отходы во избежание заражения окружающей среды должны быть переработаны в минимальные сроки после их образования.

3. В условиях ЛИП ОАО "ЗСМК" при максимальном дефиците твёрдого топлива 110,39 тыс. т (или 90,521 тыс. т углерода) даже при дифференцированном подходе отходы можно рассматривать в качестве одного из потенциальных источников покрытия дефицита.

4. При утилизации ОУФЭ в агломерационном производстве для максимального использования поверхностно-активных свойств и теплотворной способности оптимальной крупностью считать Orí мм. Подготовку ОУФЭ целесообразно вести отдельным потоком на молотковых дробилках, шаровых или стержневых мельницах. При наличии весового дозирования в тракте подготовки известняка возможна совместная переработка. При утилизации ХФУП в качестве альтернативной технологии обезвоживания и последующей сушки отходов до кондиционной влажности можно рекомендовать совместное обезвоживание с концентратом на ГОКе.

5. При использовании ОУФЭ значительно улучшаются показатели грануляции шихты и прочность гранул, вызванные изменением рН растворов и химико-минералогическими превращениями, сопровождаемыми образованием

элементов жидкого сгекла. Однако при этом увеличивается степень закатывания топлива в ¡ранулы. _ .

6. Высокая газопроницаемость насыпной массы окомкованной шихты и прочность гранул в зоне переувлажнения являются недостаточным условием для достижения высоких технико-экономических показателей агломерационного процесса для шихты с участием ОУФЭ по традиционной технологии. Это обусловлено ухудшением условий горения топлива, закатанного в гранулы вследствие диффузионного торможения, вызванного поверхностным характером горения отходов, а также химико-минералогическими превращениями в шихте.

7. Утилизация ОУФЭ без снижения производительности в диапазоне расходов 0-15 кг/т при замене коксовой мелочи но эквиваленту углерода возможна при реализации схемы их подачи в составе топливной части на предварительно окомкованную шихту или предварительной грануляции тонкоизмельчен-ной составляющей с возвратом и отходами с последующим вводом зернистых компонентов, топлива и др.

8. С точки зрения более полного удаления щелочных соединений предпочтительнее выглядит первый способ, а повышения холодной прочности агломерата - второй. В последнем случае наиболее полно используются свойства ОУФЭ как поверхностно-активного вещества, топлива и добавки, стимулирующей процессы минералообразования.

9. Хвосты флотации «угольной пены» в настоящее время могут быть рекомендованы к использованию в производство по традиционной схеме подготовки шихты при замене коксовой мелочи по эквиваленту низшей теплоты сгорания.

10. Ограничением применения отходов в производстве является отсутствие соответствующей газоочистки и ограничения по щелочной нагрузке в доменном цехе. '

11. Экологичность рассматриваемых технологий по выбросам фтора в пределах переработки региональных отходов обеспечивается наличием в системе газоочистных сооружений мокрой стадии или системы серогазоочистки.

12. С увеличением содержания фтористых и щелочных соединений, вносимых отходами, в агломерате повышается содержание ферритов кальция, гематита и стекла и снижается содержание кристаллических силикатов и магнетита. В агломерате, полученном при полной замене коксовой мелочи на отходы, обнаружен майенит.

13. Повышение содержания фтора и щелочных металлов, вносимых отходами, закономерно снижает температуру начала и конца размягчения и расширя-

ст его интервал. При этом также снижается абсолютная величина усадки в области положительных значений.

14. Экономические расчеты показывают, что подготовленные отходы должны поставляться к переработчику за счёт алюминиевых заводов.

15. При средних затратах алюминиевых заводов но статьям землепользования, платы за хранение отходов 3 степени токсичности и выбросы загрязняющих веществ в окружающую природную среду не менее 78 742 руб./т данная утилизация является экономически целесообразной для алюминиевых заводов.

1. Дячок Н.Г., Волынкина Е.П., Пермяков A.A., Борискин И.К., Кудашкина С.А. К вопросу утилизации отходов алюминиевого производства при агломерации //Известия вузов. Черпая металлургия. - 1996. - №8. - С. 2-8.

,2. Дячок Н.Г., Пермяков A.A., Степанов А.И., Борискин И.К. Минеральный состав и текстурно-струкгурные особенности агломерата с повышенным содержанием фтора и щелочей // Сб. научн. трудов. Вестник горнометаллургической секции АЕН РФ. Отделение металлургии. Вып. 4. - Новокузнецк, 1996. - С. 8-15. .

3. Дячок Н.Г., Пермяков A.A., Долинский В. А., Борискин И.К., Глушаков Ю.М. Поведение агломерата с повышенным содержанием фтора и щелочей при размягчении // Сб. научн. трудов. Вестник горно-металлургической секции АЕН РФ. Отделение металлургии. Вып. 4. - Новокузнецк, 1996. - С. 15-21.

4. Дячок Н.Г., Борискин И.К., Пермяков A.A., Минаков Н.С., Куликов Б.П. Некоторые аспекты утилизации отходов алюминиевого производства при агломерации // Тез. докл. международной научно-практической конф. «Современные проблемы и пути развития металлургии». - Новокузнецк, 1997. - С. 7-9.

5. Дячок Н.Г., Борискин И.К., Пермяков A.A., Степанов А.И.; Шарига А.Д. Особенности окомкования агломерационной шихты с участием отработанной футеровки электролизёров // Известия вузов. Чёрная металлургия. - 1997. - №10. -

6. Дячок Н.Г., Борискин И.К., Пермяков А.А., Степанов А.И., Кретинин В.И. Распределение элементов и соединений в окомкованной шихте с участием отработанной футеровки электроли: ш. Чёрная металлургия. -

Материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

С. 6-16.

1997.-№12.-С. 15-26.