CC BY
98
Особенности подбора органическихреагентов-комплексообразователей... Медяник Н.Л., Варламова И.А., Калугина Н.Л.
Kalugina Natalia Leonidovna - Ph.D. (Education), associate professor, Chemistry, Packaging Industry Technologies department, Nosov Magnitogorsk State Technical University. Phone: 8(3519)298533. E-mail: [email protected].
Abstract. Non-ferrous metals separate quantitative extrac- 2 tion from solutions is possible with effective organic reagents, which were chosen by quantum chemical calculating method of both extractive components and extracting reagents reactivity parameters. 3.
Keywords: organic reagents, nonferrous metals, solutions, quantum chemical method, parameters of the reactivity.
References
4.
1. Medianik N.L., Varlamova I.A., Kalugina N.L. Vybor vysokoehffektivnykh
reagentov dlya flotatsionnogo izvlecheniya ionov medi (II) i tsinka iz 5. tekhnogennykh gidromineral'nykh resursov / [Selection of efficient flotation reagents for the extraction of copper (II) and zinc ions from industrial hy-droresources]. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Vestnik ISTU], 2010, vol. 43, no. 3, pp. 91-96.
Medianik N.L., Kalugina N.L., Varlamova I.A., Strokan A.M. Prognozirovanie svojstv reagentov po ikh kvantovo-khimicheskim deskriptoram. [Predicting the properties of reagents using their quantum-chemical descriptors]. News of higher educational institutions. Mining Journal, 2011, no. 3, pp. 83-89.
Shadrunova I., Medyanik N., Varlamova I., Kalugina N. Forecasting of reagents properties by their quantum chemical descriptors // XIV Balcan mineral processing congress, Tuzla, 2011, vol. 1. Kalugina N.L., Varlamova I.A., Medianik N.L. Explore the possibility of selective extraction of copper by liming of waste water mines. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. [Vestnik ISTU]. 2010, no. 2, pp. 188.
Medianik N.L., Kalugina N.L., Varlamova I.A., Strokan A.M. The methodology of creating of reproducing resources technologies of recycling hydro-technogenic raw. Vestnik Magnitogorskogo gosudarstvennogo tehnich-eskogo universiteta im. G.I. Nosova. [Vectnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University]. 2011, no. 1, pp. 5-9.
УДК 669.162:669.2/8
Чесноков Ю.А., Леонтьев Л.И., Шешуков О.Ю., Дмитриев А.Н., Витькина Г.Ю., Маршук Л.А.
ПИРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ АЛЮМИНИЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА*
Аннотация. Проведена разработка новых технологических решений, позволяющих добиться утилизации максимального количества красных шламов, осуществить сравнительный анализ различных вариантов и схем пирометаллур-гической переработки красных шламов. Проведены лабораторные исследовательские испытания по определению металлургических свойств и технологии спекания высокоосновного агломерата при введении от 1 до 3% красных шламов в шихту аглофабрики ОАО «ЕВРАЗ КГОК». Изучено, что положительное влияние улучшения прочности агломерата при использовании красного шлама практически нивелируется снижением общего содержания железа в шихте. Для сохранения содержания железа на уровне базовых значений в шихте доменной плавки предложено использовать несколько вариантов.
Ключевые слова: пирометаллургия, переработка отходов, красные шламы, металлургические свойства, доменная плавка.
В настоящее время во всем мире истощаются запасы высококачественного минерального сырья. В этой связи, предприятия, например алюминиевой промышленности, вынуждены импортировать необходимое по качеству сырье или вовлекать в переработку новые месторождения низкосортных бокситовых руд с высоким содержанием соединений железа (18-25%), что приводит к неизбежному увеличению отходов - красных шламов. Кроме того, взаимодействуя со щелочными и алюминатными растворами, эти шламы образовывают ряд труднорастворимых химических соединений. В результате, помимо гематита, в составе шламов находится много ценных компонентов, таких как алюминий, титан, кремний и редкоземельные элементы (тантал, скандий). Поэтому до сих пор не снижается актуальность поиска альтернативных малоотходных способов комплексной переработки бокситовых руд, а также новых решений по проблеме ути-
Работа выполнена в рамках Государственного контракта №14.515.11.0036 «Разработка научно-технических основ утилизации и переработки отходов металлургического производства для применения их при получении железорудного сырья для доменного производства чугуна».
лизации красных шламов.
Институтом металлургии УрО РАН в предыдущие годы были проведены многочисленные лабораторные и полупромышленные исследования в области переработки бокситов и утилизации красных шламов [1-5].
Целью настоящего исследования является разработка новых технологических решений, позволяющих добиться утилизации максимального количества красных шламов, осуществить сравнительный анализ различных вариантов и схем пирометаллургиче-ской переработки красных шламов. Объектом исследования являлись красные шламы филиала «УАЗ-СУАЛ» ОАО «СУАЛ». Для расчетного анализа использовалась разработанная в ИМЕТ УрО РАН балансовая логико-статистическая модель доменного процесса [6].
Проведены лабораторные исследовательские испытания по определению металлургических свойств и технологии спекания высокоосновного агломерата при введении от 1 до 3% красных шламов в шихту аглофабрики ОАО «ЕВРАЗ КГОК» (табл. 1-4).
Таблица 1
Химический состав исходных материалов, масс. %
Материал Реобщ FeO CaO MgO SiO2 TiO2 AI2O3 MnO P2O5 SO3 R2O Ппп (V2O5)
Красный шлам 28,36 5,88 21,32 0,63 9,24 4,14 12,35 0,30 0,60 0,90 0,76 10,30
Концентрат КГОК 62,30 28,8 1,21 3,00 3,72 2,69 2,46 0,15 0,003 0,10 - (0,59)
Таблица 2
Химический состав флюса и топлива для агломерации, масс. %
Материал Реобщ CaO MgO SiO2 AI2O3 CO2 Ca CO2 Mg
Известняк 0,45 53,0 1,6 1,50 0,5 40,0 2,74
A S Vol W Зола
SiO2 AI2O3 FeO
Коксик 16,0 0,50 1,20 5,0 52,0 22,4 7,29
Таблица 3
Химический состав полученных агломератов ОАО «ЕВРАЗ КГОК»», масс. %
КШ, % Fe FeO Fe203 AI2O3 Si02 CaO MgO Ti02 MnO P S С CaO/ SiO2
0 54,9 14,8 62,1 2,50 4,52 10,6 1,80 2,20 0,20 0,006 0,038 0,12 1,77
1 53,5 - - 3,23 3,79 11,4 2,09 2,81 0,22 0,018 0,058 0,14 1,92
3 52,3 - - 3,42 3,98 10,2 2,09 2,54 0,22 0,021 0,074 0,29 1,66
Таблица 4
Показатели спекания при различном содержании в шихте КШ
Содержание КШ, % Прочность Б+5, % Истираемость, % Скорость спекания, мм/мин Удельная производительность, т/(м2-ч) Выход годного, %
0 59,86 11,23 18,54 0,593 70,92
1 72,90 6,07 15,91 1,075 71,32
3 67,70 8,27 13,46 0,861 69,68
Основным потребителем агломерата ОАО «ЕВРАЗ КГОК» является Нижнетагильский металлургический комбинат (ОАО «ЕВРАЗ НТМК»). Поэтому для анализа была выбрана доменная печь № 5 полезным объемом 2200 м3, в составе шихты которой используются окатыши и агломерат ОАО «ЕВРАЗ КГОК» (53 и 38% соответственно). Кроме того, загружается железофлюс ОАО «Высокогорский горнообогатительный комбинат» (ОАО «ЕВРАЗ ВГОК») с основностью (CaO/SiO2) = 4,8 (9%). В качестве базового варианта использованы данные работы доменной
Химический состав ших!
печи за 2010 год. Исходные данные по химическому составу шихтовых материалов, металлургические характеристики для базового варианта также были выбраны средними за 2010 год.
В соответствии с полученными при проведении лабораторных испытаний свойствами опытных агломератов были рассчитаны варианты с введением в шихту доменной печи с 1 и 3% красных шламов. Исходные данные по металлургическим свойствам шихтовых материалов для доменной плавки и результаты сравнительных расчетов представлены в табл. 5 и 6 соответственно.
Таблица 5
ых материалов, масс. %
Материал Fe06L4 FeO CaO MgO SiO2 TiO2 AI2O3 MnO P2O5 SO3 V2O5
Окатыши КГОК 60,98 3,64 1,30 1,90 4,07 2,70 2,90 0,24 0,05 0,03 0,56
Железо-флюс 44,34 12,10 25,10 2,00 5,20 0,31 2,15 1,50 0,04 0,29 0,30
Пирометаллургическая переработка отходов алюминиевого производства Чесноков Ю.А., Леонтьев Л.И., Шешуков О.Ю. и др.
Таблица 6
Расчетные показатели доменной плавки агломерата с добавками красного шлама в условиях ОАО «НТМК»
Показатели Ед. изм. База НТМК КШ = 1% КШ = 3%
Полезный объем печи м3 2200
Производительность т/сут 6241 6235 6141
Общий расход руды кг/т чуг. 1712,9 1728,8 1742,2
Окатыши КГОК « 907,8 916,3 923,4
Агломерат КГОК КШ=0% « 650,9 0,0 0,0
Агломерат КГОК КШ=1% « 0,0 657,0 0,0
Агломерат КГОК КШ=3% « 0.0 0.0 662,0
Железофлюс « 154,2 155,6 156,8
Кокс « 396,6 394,5 397,9
Выход пыли кг/т чуг. 39,1 39,4 39,7
Расход ПГ м3/т чуг. 125,2 125,2 125,2
Дутье
температура °с 1206 1206 1206
влажность гр./м3 8 8 8
кислород % 28,7 28,7 28,7
« м3/мин 240,5 240,2 239,7
расход м3/т чуг. 925,0 924,7 936,7
« м3/ч 4008,6 4003,7 3994,8
Колошниковый газ
температура °с 173,9 176,7 189,5
выход м3/т чуг. 1474,5 1469,1 1483,7
СО % 23,6 23,1 23,1
СО2 % 21,9 22,4 22,3
Н2 % 9,6 9,5 9,5
N2 % 44,9 45,1 45,2
Показатели Ед.изм. База НТМК КШ = 1% КШ=3%
Степень использования газа л со дед. 0,493 0,481 0,480
Л Н2 дед. 0,464 0,457 0,460
Теоретическая температура горения °С 2006 2005 2012
Состав чугуна
Б1 % 0,10 0,10 0,10
И % 0,15 0,15 0,15
Мп % 0,327 0,329 0,346
Сг % 0,105 0,106 0,112
V % 0,407 0,415 0,436
Б % 0,025 0,018 0,021
С % 4,666 4,666 4,666
Р % 0,051 0,052 0,054
Ге % 94,17 94,16 94,11
Температура металла °С 1450 1450 1450
Выход шлака кг/т чуг. 347,0 359,0 373,0
Состав шлака
СаО % 34,20 34,82 33,34
МдО % 9,34 9,58 9,77
БЮ2 % 27,97 25,27 25,84
ДЬОз % 15,83 16,79 17,34
ТЮ2 % 10,38 11,32 11,07
МпО % 0,41 0,41 0,43
СГ2О3 % 0,05 0,05 0,06
V2O5 % 0,25 0,23 0,26
Б % 0,80 0,77 0,76
Р2О % 0,57 0,54 0,91
ГеО % 0,61 0,61 0,60
СаО/БЮ2 1,22 1,38 1,29
Материальный баланс
приход кг/т чуг. 3414,7 3428,2 3460,8
расход кг/т чуг. 3414,7 3428,2 3460,8
Тепловой баланс
приход МДж/т чуг 10140,8 10235,2 10350,8
расход МДж/т чуг 10140,5 10234,7 10350,3
Анализ результатов расчета показывает, что положительное влияние улучшения прочности агломерата при использовании красного шлама практически нивелируется снижением общего содержания железа в шихте. Для сохранения содержания железа на уровне базовых значений в шихте доменной плавки можно использовать несколько вариантов:
- снижение основности высокоосновного агломерата с одновременным поднятием отношения CaO/SiO2 в железофлюсе;
- добавка новой железосодержащей составляющей в аглошихту (окалина);
- замена части бентонита шламом при производстве окатышей.
В случае первых двух вариантов изменяются технические условия и регламенты текущего аглодоменного производства, поэтому реализация их представляется труднореализуемой. Более перспективной идеей видится полная или частичная замена шламом дорогостоящего связующего (бентонита) при производстве окатышей, поскольку предварительные лабораторные опыты показывают, что свойства сырых и обожженных окатышей не ухудшается, а по некоторым параметрам показатели даже повышаются. При этом важно отметить, что поскольку содержание железа в шламе существенно выше, чем в бентоните, общее содержание железа в шихте доменной печи не должно упасть и как результат технико-экономические показатели доменной плавки, по крайней мере, не будут ухудшаться.
При оценке потенциального объема использования отходов алюминиевого производства следует учесть транспортные издержки, поэтому закономерно ограничение существующими региональными предприятиями черной металлургии. Например, для Уральского региона крупными потребителями железорудного сырья являются ОАО «НТМК ЕВРАЗ» и ОАО «ММК». При годовом потреблении 4,038 млн т окатышей и 2,8 млн т агломерата для ОАО «НТМК ЕВРАЗ» и 10,78 млн т агломерата для ОАО «ММК» возможный объем переработанных отходов составит:
Q.= 0м + = ((4,038• 3,5)/100+(2,8-3)/100) + +10,78• 0,03и0,550 мпнт/год.
Список литературы
1. Полупромышленные испытания схемы металлургической переработки красных шламов во вращающихся печах / Б.З. Кудинов, А.И. Бычин, Л.И. Леонтьев, В.А. Киселев, В.Б. Фетисов // Цветные металлы. 1967. №1. С. 46.
2. Бычин, А.И. Перспективы комплексной металлургической переработки красных шламов / А.И. Бычин, Б.З. Кудинов // Цветные металлы. 1963. №2. С. 49-52.
3. Еремин, Н.И. Способы комплексной переработки красных шламов с получением металлического железа / Н.И. Еремин // Комплексное использование бокситов: материалы совещ. специалистов ВАМИ-ФКИ. Будапешт, 1972.
4. О комплексной переработке красных шламов глиноземного произ- С.А. Николаев, С.И. Петров // Исследование новых процессов и аппа-водства / Б.З. Кудинов, А.И. Бычин, В.А. Киселев, Л.И. Леонтьев, ратов в производстве глинозема и попутных продуктов: сб. тр. Л.: A.C. Вьюхина, Л.П. Дмитриева // Химия и технология глинозема. Но- ВАМИ, 1985. С. 114-118.
восибирск: Наука, 1971. 6. Ченцов, A.B. Балансовая логико-статистическая модель доменного
5. Исследование процессов восстановления окускованного красного процесса / A.B. Ченцов, Ю.А. Чесноков, C.B. Шаврин. Екатеринбург: шлама / В.А. Утков, Л.И. Леонтьев, В.Г. Матяш, В.А. Киселев, УрОРАН, 2003. 164 с.
Сведения об авторах
Чесноков Юрий Анатольевич - канд. техн. наук, старший науч. сотрудник ИМЕТ УрО РАН, лаборатория пирометаллургии черных металлов, г.Екатеринбург. Тел.: 8 (343) 232-90-25. E-mail: [email protected].
Леонтьев Леопольд Игоревич - академик, д-р техн. наук , главный науч. сотрудник ИМЕТ УрО РАН, лаборатория пирометаллургии черных металлов, г.Екатеринбург. Тел.: 8 (343) 267-89-20. E-mail: [email protected].
Шешуков Олег Юрьевич - д-р техн. наук, зав. лабораторией ИМЕТ УрО РАН, лаборатория пирометаллургии черных металлов, г.Екатеринбург. Тел.: 8 (343) 267-97-15. E-mail: [email protected].
Дмитриев Андрей Николаевич - д-р техн. наук, проф., главный науч. сотрудник ИМЕТ УрО РАН, лаборатория пирометаллургии черных металлов, г.Екатеринбург. Тел.: 8 (343) 267-89-08. E-mail: [email protected].
Витькина Галина Юрьевна - канд. техн. наук, младший науч. сотрудник ИМЕТ УрО РАН, лаборатория пирометаллургии черных металлов, г.Екатеринбург. Тел.: 8 (343) 232-90-69. E-mail: [email protected].
Маршук Лариса Александровна - научный сотрудник ИМЕТ УрО РАН, лаборатория пирометаллургии черных металлов, г.Екатеринбург. Тел.: 8 (343) 267-89-30. E-mail: [email protected].
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
PYROMETALLURGIC RECYCLING OF ALUMINUM PRODUCTION SCRAPS
Chesnokov Yuriy Anatolyevich - Ph.D. (Eng.), senior research associate, Institute of Metallurgy, Ural Branch of Russian Academy of Sciences, Pyrometallurgy of Ferrous Metals laboratory, Ekaterinburg. Phone: 8 (343) 232-90-25. E-mail: [email protected].
Leontyev Leopold Igorevich - Academician, D.Sc. (Eng.), chief researcher, Institute of Metallurgy, Ural Branch of Russian Academy of Sciences, Pyrometallurgy of Ferrous Metals laboratory, Ekaterinburg. Phone: 8 (343) 267-89-20. E-mail: [email protected].
Sheshukov Oleg Yuryevich - D.Sc. (Eng.), Head of the laboratory, Institute of Metallurgy, Ural Branch of Russian Academy of Sciences, Pyrometallurgy of Ferrous Metals laboratory, Ekaterinburg. Phone: 8 (343) 267-97-15. E-mail: [email protected].
Dmitriev Andrey Nikolaevich - D.Sc. (Eng.), prof., chief research fellow, Institute of Metallurgy, Ural Branch of Russian Academy of Sciences, Pyrometallurgy of Ferrous Metals laboratory, Ekaterinburg. Phone: 8 (343) 267-89-08. E-mail: [email protected].
Vitkina Galina Yuryevna - Ph.D. (Eng.), junior research fellow, Institute of Metallurgy, Ural Branch of Russian Academy of Sciences, Pyrometallurgy of Ferrous Metals laboratory, Ekaterinburg. Phone: 8 (343) 232-90-69. E-mail: [email protected].
Marshuk Larisa Aleksandrovna - research fellow, Institute of Metallurgy, Ural Branch of Russian Academy of Sciences, Pyrometallurgy of Ferrous Metals laboratory, Ekaterinburg. Phone: 8 (343) 267-89-30. E-mail: [email protected].
Abstract. The new technological decisions allowing to achieve utilization of red slimes maximum quantity, to carry out the comparative analysis of various options and schemes of pyrometallurgical processing of red slimes are developed. Laboratory researches on determination of metallurgical properties and technology of high-basic agglomerate sintering are carried out in red mud adding from 1 to 3% into furnace charge of agglofactory of «KGOK EVRAZ». It has been studied that positive impact of sinter durability improvement in red slime using is practically leveled by decrease in the general content of iron in furnace charge. To save iron content at the level of basic values in furnace charge of blast furnace smelting it has been offered to use some options.
Keywords: pyrometallurgy, waste processing, red mud, metallurgical properties, blast furnace smelting.
References
7. Kudinov B.Z., Bychin A.I., Leont'ev L.I., Kiselev V.A., Fetisov V.B. Semi-industrial tests of the scheme of metallurgical processing of red slimes in rotating furnaces. Nonferrous metals, 1967, no. 1, pp. 46.
8. Bychin A.I., Kudinov B.Z. Aspects of complex metallurgical processing of red slimes. Nonferrous metals, 1963, no. 2, pp. 49-52.
9. Eremin N.I. Methods of complex processing of red slimes with receiving metal iron. Complex use of bauxites: materials of meeting experts of VAMI-FKI, Budapest, 1972.
10. Kudinov B.Z., Bychin A.I., Kiselev V.A., Leont'ev L.I., Vykhina A.S., Dmitrieva L.P. About complex processing of red slimes of aluminous production. Chemistry and technology of alumina. Novosibirsk: Science, 1971.
11. Utkov V.A., Leont'ev L.I., Matyash V.G., Kiselev V.A., Nikolaev S.A., Petrov S.I. Investigation of red slime sinter reduction. Research of new processes and devices in alumina production and passing products: col-lectedpapers. L.: VAMI, 1985, pp. 114-118.
12. Chentsov A.V., Chesnokov Yu. A., Shavrin S.V. Logic-statistic balance model of blast furnace smelting process. Ekaterinburg: Ural Branch of Russian Academy of Sciences, 2003, p. 164.
