Разработка энергосберегающих инновационных процессов комплексной переработки техногенных отходов на базе новых металлургических технологий

IV конференция "ТРИЗ. Практика применения методических инструментов"

Разработка энергосберегающих инновационных процессов комплексной переработки техногенных отходов на базе новых металлургических технологий

Сажин Антон ООО “НМТ“

В настоящее время в мировой металлургии черных металлов сложилась ситуация, когда существующие классические схемы получения стали (коксохимическое производство – агломерация, производство окатышей – доменная печь – кислородный конвертер или установки газового восстановления – электропечь) практически исчерпали возможности для существенного улучшения показателей работы.

С другой стороны, в металлургии черных и цветных металлов, химической промышленности предприятиями накоплено сотни миллионов тонн отходов в виде шламов, пылей, огарков и т.д. Эти отходы содержат большое количество металлов, извлечение которых на настоящий момент не осуществляется из-за отсутствия эффективных промышленных технологий селективного извлечения полезных компонентов.

Хранение шламов, пылей, огарков и т.д. сопряжено с катастрофическим воздействием на окружающую среду. В непосредственной близости от крупных предприятий сформированы техногенные месторождения полиметаллических руд. Цветные металлы и их соединения разносятся ветрами, вымываются осадочной водой, попадают в почву и выносятся в водоемы. Концентрация таких элементов как цинк, свинец, кадмий, сера, мышьяк, хлор и др. в близлежащих к комбинатам земельных участках и водоемах зачастую многократно превышает ПДК.

Вся металлургия в той или иной степени связана с процессами восстановления металлов из оксидов и других соединений. Восстановление протекает преимущественно в гетерогенных системах с участием твердой, жидкой и газовой фаз. Известно, что перевод твердых фаз в жидкое состояние на несколько порядков ускоряет диффузию компонентов и существенно увеличивает скорость протекания химических реакций.

Использование жидкофазных процессов позволяет значительно интенсифицировать металлургические технологии, снизить расходы энергоносителей, повысить извлечение полезных компонентов. Одновременно, за счет минимизации размеров, существенно снижаются капитальные затраты на строительство металлургических агрегатов, понижается себестоимость конечных продуктов. Технологии жидкофазного восстановления позволяют селективно извлекать полезные компоненты и вовлекать в производство многочисленные техногенные отходы, бедные руды, коллективные концентраты и т.д. Неудивительно, что металлурги ведущих стран мира ведут интенсивные исследования процессов жидкофазного восстановления. Разрабатываются новые технологические процессы в черной и цветной металлургии.

НИТУ МИСиС имеет большой опыт успешной разработки, проведения научно- исследовательских и опытно-конструкторских работ, а также строительства, пуска и эксплуатации печей, работающих по технологиям жидкофазной пирометаллургии. Всемирную известность получили процесс и печь Ванюкова. Процесс характеризуется следующими показателями:

• Высокая интенсивность процесса (удельный проплав: 3 – 4 т/м2*час). Превосходит аналоги в 2 – 4 раза.

• Высокая степень извлечения меди (никеля и других цветных металлов в штейн).

• Высокая концентрация диоксида серы в отходящих газах, возможность получения серной кислоты.

В настоящее время работает 7 печей в РФ и 5 печей за границей.

Процесс носит автогенный характер, предназначен для производства тяжелых цветных металлов из сульфидных руд.

Печь Ванюкова не предназначена для переработки техногенных отходов.

В НИТУ «МИСиС» в конце 70 – х годов прошлого века разработан процесс Ромелт, предназначенный для производства чугуна из железосодержащих материалов, в том числе из отходов черной металлургии. К достоинствам процесса Ромелт можно отнести:

• Получение чугуна в одну стадию из неподготовленных железорудных материалов, без применения коксующихся углей и природного газа.

• Возможность селективной, комплексной переработки отходов металлургического передела.

• Возможность сжигания низкосортных марок углей с получением кондиционного генераторного газа и выработки электроэнергии.

В настоящее время работает опытно – промышленная печь в Республике Казахстан, выполняется проект для Союза Мьянмы.

Недостатками процесса Ромелт, препятствующими массовому внедрению в производство являются: высокий удельный расход энергоносителей, низкое качество получаемого чугуна, потери ценных цветных металлов со шлаком.

Эти недостатки устранены в разработанном барботажном процессе ПМ1.

Процесс ПМ 1.

Процесс ПМ 1 предназначен для получения чугуна в двухзонной печи из неподготовленного сырья и отходов с применением рядовых углей. Схема печи ПМ 1 приведена на Рис. 1.

Рисунок 1. Схема печи ПМ 1.

 

В плавильной зоне происходит горение угля в слое расплава, барботируемого кислородсодержащим дутьем, подаваемым через фурмы нижнего ряда. Присутствие небольших количеств СО в отходящих из расплава зоны плавления газах позволяет избежать переокисления железистого расплава и поддерживать железо в расплаве в двухвалентном состоянии. Для увеличения удельной производительности целесообразно поддерживать температуру в плавильной зоне МР на уровне 1450 – 1550 °С, что выше чем в процессе Ванюкова.

Влага шихтовых материалов испаряется без разложения на Н2 и СО, диоксид углерода карбонатов удаляется из ванны практически без взаимодействия с углеродом угля, восстановление высших оксидов железа до FeO идет косвенным путем. Другим важным преимуществом процесса ПМ 1 по сравнению с процессом Ромелт является полное полезное использование углеводородов горючих угля. Двухзонный процесс позволил устранить противоречие, возникающее в обычных печах при попытках обеспечить выполнение процессов окисления одних компонентов и восстановления других .

Преимуществом ПМ 1 является также возможность переработки железосодержащих материалов и углей крупностью свыше 20 мм, шихтовых материалов повышенной влажности, смерзшихся конгломератов шихтовых материалов. В целом, единственным требованием к шихтовым материалам, поступающим в плавильную зону, является возможность дозирования и подачи в рабочую зону печи.

Такие вредные примеси как S и As переводятся в газовую фазу и удаляются с отходящими газами. Предварительные расчеты показывают, что при определенном соотношении СО/СО2 в отходящих газах, можно переводить 80 – 90 % фосфора в газовую фазу. При этом из ванны зоны плавления будут удаляться с газами такие металлы, как: Zn, Pb, Cd, Ag, Ge, Ga и др. Подготовленный в зоне плавления железосодержащий расплав через переток передается в зону восстановления.

В восстановительную зону печи МР загружается уголь и, при необходимости, специальные добавки. Дефицит тепла в зоне восстановления компенсируется частичным дожиганием отходящих горючих газов кислородным дутьем фурм верхнего ряда. Отходящие газы передаются дальше в зону плавления, где осуществляется их полное дожигание с возвратом части тепла в ванну зоны плавления.

Для сравнения показателей работы печей по технологиям Ромелт, Ванюкова – 2 и AusIron были проведены расчеты. В расчетах принималось условие переработки подготовленных красных шламов в печах общей площадью 10 м2. Химический состав красного шлама: W=15%, Fe=50%, S=1,2%, Р=0,3%. Результаты расчетов приведены в таблице 1.

Основные показатели работы печей площадью пода 10 м2 при переработке красных шламов.

Таблица 1.

Сравнение показателей.

• Из всех возможных конкурирующих технологий выбраны три наиболее подходящие к проблеме переработки красных шламов.

• Удельные расходы кислорода и угля у технологии ПМ 1 на 15 – 30% ниже, чем у технологий Ромелт, Ванюкова -2 и AusIron.

• При переработке красных шламов кондиционный по сере и фосфору чугун можно получать только при использовании технологии ПМ 1. Во всех остальных вариантах необходимо дорогостоящее дополнительное рафинирование чугуна.

• В варианте ПМ 1 возможно селективное извлечение попутных стратегически важных металлов: Sc, Y, La, Ce, Sr и др. Во всех остальных случаях эти металлы безвозвратно теряются со шлаком, либо их извлечение требует больших дополнительных затрат.

• Технология ПМ 1 наиболее адаптирована для эффективной переработки красных шламов (и других техногенных отходов) и не имеет реальных конкурентов в мире.

Сравнение технико – экономических показателей приведенных процессов показало неоспоримое преимущество технологии ПМ 1. Так себестоимость чугуна по технологии ПМ1 на 20 – 40 % ниже, чем у потенциальных конкурентов. При этом качество получаемого чугуна гораздо выше.

Процесс ПМ 1 отличается также большей гибкостью и селективностью переработки техногенных отходов, содержащих ценные цветные металлы.

В целом можно сделать вывод о том, что технология ПМ 1 по всем параметрам существенно превышает параметры потенциальных конкурентов и может претендовать на лучшую технологию в мире.

 

 

 

Алфавитный указатель: 

Рубрики: 

Комментарии

Re: Разработка энергосберегающих инновационных процессов ...

Такие вредные примеси как S и As переводятся в газовую фазу и удаляются с отходящими газами. Предварительные расчеты показывают, что при определенном соотношении СО/СО2 в отходящих газах, можно переводить 80 – 90 % фосфора в газовую фазу.

Цитирую другой источник:

Мышьяк, свинец и кадмий – одни из наиболее вредных для человека элементов, но в металлургических пылях и шлаках они присутствуют в немобильном виде, поэтому при существующей на комбинате технологии существенной проблемы не представляют.

Другими словами, теперь, благодаря новой технологии, мышьяк (тот самый, который As) и другие элементы будут выводиться не на места складирования отходов, а прямо в атмосферу, где они будут представлять намного больший вред для человека?

Еще более странной выглядит (во всяком случае на первый взгляд) ситуация с фосфором: в воздухе это та еще отрава, а в почве в виде фосфатов - напротив, минеральное удобрение.

Возможно, я что-то не так понял...

Re: Разработка энергосберегающих инновационных процессов ...

Изображение пользователя blandux.

Вообще эта тема очень важна. Крупные города, а сейчас уже и не крупные, стонут от проблемы  вывоза мусора. Не хватает мусорных полигонов. Кто первый сможет создать универсальную технологию переработки мусора - тот озолотится. Это "золотая тема".

Subscribe to Comments for "Разработка энергосберегающих инновационных процессов комплексной переработки техногенных отходов на базе новых металлургических технологий"