Анализ свойств отходов, разработка технологии переработки металлосодержащих пылевидных отходов от плавильных печей и ее опробование в заводских условиях

Abstract

Объектом исследования являются металлосодержащие пылевидные отходы, образующиеся в процессе производственной деятельности металлургического и литейного производств. Цель работы – провести анализ существующих методов переработки и обогащения пылевидных металлосодержащих отходов. Исследовать морфологию, размер и химический состав железосодержащих пылей газоочисток. Выбрать методику проведения экспериментов. Разработать лабораторный вариант технологии обогащения и окусковывания пылевидных отходов, определить тип восстановителя. Спроектировать и изготовить оснастку, изготовить партию брикетов и провести плавку в промышленно печи. Полученные результаты: Показано, что наиболее освоено промышленностью гидрометаллургическое и пирометаллургическое направление переработки отходов. Проведенный химический, морфологический анализ железосодержащих пылевидных отходов и анализ размера их частиц, показал, что плавильная пыль состоит из конгломератов мельчайших частиц в основном круглой формы размером примерно от 0,2 до 3,0 мкм, отдельных металлических частиц сферической формы размером до 20 мкм. В пыли присутствуют более крупные частицы серого цвета, представляющие собой оксид кремния. В химический состав пыли входит (% масс.) железо до 60, цинк до 40 и другие элементы, как магний, кремний, алюминий, кальций, марганец. Пылевидный отход газоочисток дробеметных камер – смесь высокодисперсных металлических частиц со следами деформации размером до 200 мкм и серых частиц неправильной геометрической формы размером до 250 мкм. Она содержит (% масс.) железо порядка 47, кремний 38, алюминий 4 и незначительное количество других элементов, как марганец, сера, фосфор. Пыль, образующаяся в результате дробеструйной обработки стальных поковок, состоит из частичек, имеющих круглую форму размером до 250 мкм и частиц неправильной геометрической формы размером до 200 мкм, в которой содержание железа достигает 95 % масс. Пылевидный отход, образующийся в результате рассева литой дроби, имеет частицы круглой и веретенообразной формы размером до 270 мкм. Пыль, полученная в результате колки дроби, состоит из деформированных металлических частиц размером до 300 мкм. Химический состав пыли соответствует химическому составу выпускаемой заводом литой чугунной дроби. Исходя из особенностей морфологического, гранулометрического и химического состава плавильной пыли и других дисперсных железосодержащих отходов намечены технологические варианты их переработки и использования, которые является основой для их дальнейшей проработки. Отходы абразивной обработки отливок и дробеструйной обработки паковок и рассева дроби в связи с высоким содержанием железа можно перерабатывать путем брикетирования совместно с необходимым количеством восстановителя и связующего. Для отходов дробеметной обработки в связи с высоким содержанием SiO2 необходимо перед брикетированием провести обогащение методом магнитной сепарации. Использование пылевидных железо - цинксодержащих отходов предлагается в качестве красителей при производстве керамики, бетонов. При этом в производстве красителей не предусматривается разделение оксидов цинка и железа друг от друга. А для отделения других примесей можно рекомендовать перетирание пылевидных отходов в воде с последующим отмучиванием. Более высокой степени очистки можно добиться гидрометаллургической переработкой. Показана возможность применения магнитной сепарации для отходов газоочисток абразивной обработки отливок. Гидрометаллургический метод, позволяет извлечь цинк из пыли газоочисток плавильных печей, но требует специального оборудования. Установлено, что для получения рекомендуемой прочности 21 – 25 МПа, низкой осыпаемости брикетов из пылевидных железосодержащих брикетов, которые образуются при производстве дроби, можно использовать метод формования с помощью трамбовки в формах. В качестве связующего можно использовать жидкое стекло, расход которого составляет от 5 % по массе и выше. Сушку брикетов можно осуществлять при температуре 120 ºС в течении 1 – 2 часов или в течении 5 – 7 суток при температуре 20 ºС. Проведен анализ изменения энергии Гиббса и получена температурная зависимость для реакции восстановления из его оксида углеродом и оксидом углерода. Установлено, что для восстановления цинка из оксида необходима температура не меньше 1100 ºС. Анализ температурной зависимости упругости паров Zn позволил показать, что при этой температуре создается высокая упругость паров, обеспечивающая удаление Zn из области протекания реакции восстановления. Показано, что все исследуемые углеродосодержащие восстановители проявили хорошую реакционную способность по восстановлению Zn и Fe при температуре 1150 ºС. Установлено, что полная возгонка Zn в брикетах из пыли ДСП, подвергшихся обжигу в течение одинакового времени (30 минут) при разных температурах, произошла при температуре 1150 ºС и степень возгонки составила 0,98. Полученные экспериментальные данные хорошо согласуются с температурной зависимостью энергии Гиббса для данных реакций. Спроектирована и изготовлена оснастка для получения брикетов, на базе которой изготовлена партия брикетов. Проведено две сравнительные плавки в промышленной печи, подтвердившие высокую степень усвоения железа из брикетов.