УТИЛІЗАЦІЯ, Переробка сталеплавильного пилу
На склад пилу, що виноситься істотно впливає склад шихти; цей вплив особливо помітний при виплавці сталі в дугових сталеплавильних печах. При виробництві високолегованих марок стали у складі відходів помітна частка цінних легуючих елементів (Cr, Ni тощо). При переплаві звичайної, невідібраної шихти (в основному покупного металобрухту з великою часткою побутового та амортизаційного брухту) у складі пилу висока частка кольорових металів, насамперед Zn, РЬ, іноді також Cd.
Переробка такого пилу вимагає особливої уваги, оскільки, по-перше, просто використовувати їх як добавку в шихту не можна (це погіршить якість сталі); по-друге, вона не підлягає похованню в землі, тому що можливе отруєння ґрунту (поховання в землі у низці країн заборонено); по-третє, з такого пилу доцільно витягувати цінні (крім заліза) компоненти, що містяться в ній.
Сучасна промисловість використовує низку технологій, які забезпечують переробку сталеплавильних пилів. Один із варіантів наведено на рис. 25.10.
Переробка плавильного пилу, що містить цинк та свинець. Металобрухт є головним джерелом надходження в сталеплавильні агрегати таких домішок, як Zn і РЬ (оцинковане залізо, що потрапляє в шихту, латунні і бронзові деталі, оболонки електрокабелів тощо). Цинк – температура плавлення 419,5 °С та температура кипіння 906 °С, свинець – температура плавлення 327,4 °С та температура кипіння 1725 °С.
Потрапляючи в зону високотемпературних металургійних реакцій, свинець і особливо інтенсивно цинк випаровуються, окислюються і видаляються разом з газами, що відходять. Основна частка потрапили з шихтою в агрегат цинку і свинцю вловлюється пиловловлюючими установками. І цинк, і свинецьє дорогими матеріалами, тому безперервно розробляються нові технології з утилізації пилу, що містить Zn і РЬ.
Близько половини виробленого цинку витрачається на захист сталі від корозії (процес цинкування), тобто попадання компонентів, що містять цинк, разом з металошихтою в сталеплавильні агрегати неминуче.
У зв'язку з цим особливо відзначимо значення так званого автомобільного брухту. Так автопарк країн Західної Європи налічує понад 140 млн. автомашин; щорічно з ладу вибуває близько 10 млн штук. Після подрібнення частин автомобіля сталь легко відокремлюється шляхом магнітної сепарації, отриманий металобрухт зазвичай використовується як шихта в дугових печах. При переплаві такої шихти уловлюється 10-25 кг/т дисперсного пилу, що містить 10-35% Zn, а також РЬ та Cd. За прогнозами, на початку ХХІ ст. в електросталеплавильних цехах Західної Європи вловлюватиметься понад 700 тис. т такого пилу.
Обсяг амортизаційного брухту у світі 1994 р. досяг 272 млн. т, і він безперервно зростає (нині амортизаційний брухт — це єдиний вид брухту, кількість якого зростає) . Такі самі процеси та тенденції характерні тепер і для нашої країни.
У промислово розвинених країнах частка листів із покриттями становить понад 40 % від випуску та у перспективі зросте до 60-80 %. Завдання полягає в тому, як організувати утилізацію відходів (плавильного пилу), що містять Zn. З погляду споживача (і переробника) цих відходів, що стоїть у яких концентрація Zn і РЬ, то рентабельніше їх утилізація.
На деяких заводах Західної Європи використовують технологію, сутність якої ось у чому. Технологічні гази проходять через газоочищення із рукавними фільтрами; уловлений пил збирається у спеціальномубункер і використовується знову: незабаром після розплавлення брухту її вдмухують в зону розділу метал-шлак. Для поліпшення процесу пневмотранспорту використовують суміш пилу та вугілля (рис. 25.11).
Операція вдування триває близько 10 хв. Враховуючи, що утворюється 15-20 кг пилу на 1 т сталі, для 140 печі за цей час необхідно вдмуть приблизно 2,5 т відходів. Практично весь цинк, що міститься у відходах, що вдуваються, випаровується і переходить у знову утворюється пил. Таким прийомом вдається підвищити концентрацію цинку у відходах приблизно 1,5 разу.
На низці підприємств використовують методи двостадійного або одностадійного вельцювання; в результаті одержують напівпродукт («брудний» оксид цинку), з якого при повторній обробці можна одержувати чистий цинк.
Процес вельцювання забезпечує вилучення з відходів цинку та інших металів, призначених на продаж. Залишок із залізом повертають у піч. У системах переробки з полум'яним реактором витягують оксид цинку, а залізо залишається у вигляді оксидів шлаку.
Переробка пилу, що містить хром та нікель
При виробництві в електропечах високолегованих марок сталі (наприклад, нержавіючих) уловлені відходи крім цинку, свинцю, кадмію тощо містять такі цінні компоненти, як хром, нікель та ін. Для утилізації такого пилу розробляються спеціальні технології.
Так, на одному з італійських заводів для переробки відходів, що утворюються під час виплавлення нержавіючих марок сталі, встановили переплавну плазмову піч постійного струму, яка щорічно переробляє близько 20 тис. т відходів.
Отримують сплав (залежно від складу відходів), що містить, %: Сг 8-16; Ni 2-8; Мп 2-4; З 3-5. Склад шлаку при переплаві, %: СаО 40-45; SiO2 25-30; Cr2О3 близько 2. Уловлювана в процесіпереплаву плавильний пил містить понад 50% ZnO і близько 6% PbО.
Переробка пилу при його нагріванні у вакуумі
У Японії розроблено процес, названий VHR-процес.
Щорічно лише у дугових печах Японії утворюється близько 450 тис. т пилу. Пил електропечей, основна складова яких — металобрухт, містить у середньому 32 % Fe і 23 % Zn. Крім цього в пічному пилу у значних кількостях містяться небезпечні для навколишнього середовища компоненти, серед яких свинець (2,2%), хром (0,36%), кадмій (0,024%), хлор (3,14%). VHR-nпроцес проводять у кілька етапів:
- 1) сухий пил витримують при температурі 500-900 ° С протягом 3 хв у вакуумі при тиску 133 Па (1ммрт. ст.); на цьому етапі з відходів видаляються натрій, калій, свинець та його сполуки (PbО, PbCl2, PbF2);
- 2) ведуть відновлення цинку; як відновник виступають Fe і FeO;
- 3) відновлений цинк, що випарувався, конденсують в конденсаторі при температурі, що перевищує температуру кипіння цинку (при тому ж низькому тиску) ;
- 4) залізистий продукт, що залишився після видалення з пилу цинку, брикетують і використовують у складі металошихти при виплавці сталі.
Ступінь видалення цинку з відходів за такої технології наближається до 100%.
Переробка пилу у процесах ПЖВ
Існує кілька варіантів організації процесу рідкофазного відновлення заліза із залізорудних матеріалів. У деяких із них передбачена можливість використання в шихті плавильного пилу.
Японською фірмою Kawasaki Steel Corp. розроблено процес рідкофазного відновлення, спеціально призначений для переробки пилу та шламів конвертерного виробництва (рис. 25.12). Пекти містить два ряди фурм: нижній — для перегріву рідкоїванни до температури понад 1500 ° С, верхній - для вдування пилу. Між фурмами знаходиться зона інтенсивного відновлення оксидів, що важко відновлюються.
При переробці хром- і нікель-содержащих пилу і шламу досягнуто ступінь вилучення хрому 98% і нікелю 100%.
Використання методів гідрометалургії
Вилучення цинку, свинцю та інших домішок кольорових металів із сталеплавильних відходів може бути здійснено і з використанням методів гідрометалургії. За одним з варіантів технологія включає вилуговування цинку, свинцю, міді, кадмію і кальцію розчином оцтової кислоти з утворенням відповідних розчинних комплексів металів і подальше сульфідне осадження важких металів сірководнем Н2S. Переробка цинкувмісного пилу методами гідрометалургії реалізована на деяких заводах Італії та США.
Пил піддають вилуговування в розчині хлориду амонію. Для цинку реакція має вигляд.
Інші метали (свинець, кадмій, мідь) реагують із хлоридом амонію аналогічно. Ступінь екстракції цинку становить 60-80%. Твердий залишок (що складається в основному з оксидів заліза і феритів цинку) висушують, окамковують з вугіллям і вводять в шихту дугової печі, при плавці в якій ферити цинку дисоціюють, цинк випаровується і видаляється разом з технологічними газами в систему газоочищення (де цин ).
Вилуговуючий розчин, у свою чергу, надходить в електролізні ванни, де цинк осаджується на титанових катодах:
У назвах ряду процесів із вилучення цинку використовується абревіатура ZINCEX.
На думку багатьох фахівців, найбільш економічний процес утилізації цинку з відходів має включати попереднійвідбір оцинкованих виробів, обробку їх у розчині гарячої лугу та проведення подальшої електрохімічної обробки.
Виробництво скла
Утилізація сталеплавильного пилу може бути організована зовсім інакше. Так було в 1991 р. США організовано фірму з виробництва скла і скляних виробів. Використовуваний у цьому виробництві процес полягає в тому, що відходи сталеплавильних цехів (пил, шлаки, відходи вогнетривів) дроблять, перемішують і потім розплавляють у полум'яних печах, в яких отримують розплави, що йдуть на виготовлення кольорових скляних виробів, що використовуються в декоративних цілях, а також кольорової цегли, скляних фільтрів та ін.
Залежно від складу шихти матеріал містить різну кількість таких домішок, як мідь, кобальт, хром, нікель, сурма, цинк, ванадій і т.д.