научная статья по теме КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА МАГНИЙСОДЕРЖАЩИХ ШЛАМОВ В ВЫСОКОЛИКВИДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ЧАСТЬ 1. УТИЛИЗАЦИЯ ШЛАМА МАГНИЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА В МАГНЕЗИАЛЬНЫЙ ВЯЖУЩИЙ МАТЕРИАЛ Металлургия

Текст научной статьи на тему «КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА МАГНИЙСОДЕРЖАЩИХ ШЛАМОВ В ВЫСОКОЛИКВИДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ЧАСТЬ 1. УТИЛИЗАЦИЯ ШЛАМА МАГНИЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА В МАГНЕЗИАЛЬНЫЙ ВЯЖУЩИЙ МАТЕРИАЛ»

УДК 669.721:669.054.8

КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА МАГНИЙСОДЕРЖАЩИХ ШЛАМОВ В ВЫСОКОЛИКВИДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

© Липунов Игорь Николаевич, канд. хим. наук, проф.; Первова Инна Геннадьевна, д-р хим. наук ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет». Россия, г. Екатеринбург. E-mail: biosphera@usfeu.ru Никифоров Александр Федорович, д-р хим. наук

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина». Россия, г. Екатеринбург. E-mail: vypper@rambler.ru

Статья поступила 28.06.2013 г.

Приведены результаты исследований переработки магнийсодержащих шламов, образующихся на стадии глубокого обезвоживания расплава карналлита в производстве металлического магния. Разработана ресурсосберегающая технология и технологическая линия переработки шламов магниевого производства в магнезиальное вяжущее.

Ключевые слова: магнийсодержащие шламы; регенерация; утилизация; магнезиальное вяжущее.

Часть 1. УТИЛИЗАЦИЯ ШЛАМА МАГНИЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА В МАГНЕЗИАЛЬНЫЙ ВЯЖУЩИЙ МАТЕРИАЛ

При современном уровне и масштабах потребления минерального сырья факторы полноты его использования, а также вовлечения образующихся при этом промышленных отходов в дальнейший технологический передел имеют приоритетное значение. Научный и практический интерес представляют разработка и внедрение технологий рекуперации и утилизации магнийсодержащих металлургических отходов, образующихся при производстве металлического магния, в товарные высоколиквидные продукты.

Производство металлического магния электролизом расплава природного или синтетического карналлита сопровождается образованием большого количества магнийсодержащих отходов, к которым относятся отработанный электролит и шлам карналлитовых хлораторов (ШКХ), образующийся на стадии глубокого обезвоживания расплава карналлита. Основными производителями магния в Уральском регионе, работающими по электрохимической схеме, являются ОАО «Соликамский магниевый завод» (г. Соликамск) и ОАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА» (г. Березники), в шламох-ранилищах которых складировано более 650 млн т магнийсодержа-щих отходов.

Такие техногенные «месторождения» являются источниками экологической опасности. В результате миграции вредных химических веществ из шлама с территории его размещения происхо-

дит загрязнение земель, поверхностных и грунтовых вод, а также атмосферного воздуха вследствие эмиссии промышленной пыли, образующейся при высыхании шлама. В то же время магнийсодержащие отходы по химическому составу являются уникальным техногенным сырьем, комплексная переработка которого дает возможность получить ряд высоколиквидных материалов.

Одно из известных направлений утилизации отработанного электролита и ШКХ - их использование в качестве комплексных удобрений [1], в том числе и органоминеральных [2]. Однако такие калийно-магни-евые удобрения не нашли применения в сельском хозяйстве в связи с их невысокими агрохимическими свойствами, а также засолением почв [3]. Другое направление утилизации магнийсодержащих отходов - использование их в качестве минерализаторов для буровых растворов [4], реагентов для обработки жидкого чугуна в черной металлургии [5], магнезиального вяжущего [6], для получения противогололедных материалов [7], раствора MgCl2 и использование его для затво-рения каустического магнезита в процессах получения цемента Сореля [8]. Однако эти работы не вышли за рамки лабораторных и опытно-промышленных испытаний, поэтому проблема разработки инновационных технических решений утилизации ШКХ остается актуальной.

Проведенный авторами комплекс исследований по установлению элементного, химического, фазового и ра-дионуклидного составов ШКХ магниевого производства

ОАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА» (г. Березники), его

токсикологических свойств показал [9], что элементный состав шлама представлен такими элементами, как Mg, Са, Ыа, К, С1, Бе, Б1, А1, Ва, О, Иа, На долю Mg, Ыа, К и С1 приходится более 56 мас. %. Основными химическими соединениями являются КС1, ЫаС1, MgC12 и MgO с суммарным содержанием 98,4 мас. %, а приоритетными - MgC12 и MgO, количество которых в шламе составляет около 70 мас. %.

Величина удельной радиоактивности шлама (Иа, К), определенная методом гамма-спектрометрии и равная 430 Бк-кг-1, позволяет отнести шлам по радиационной безопасности к материалам II класса в соответствии с НРБ-99. Санитарно-эпидемиологическим заключением ФГУ «Центр Госсанэпиднадзора в Свердловской области» подтверждено соответствие такого отхода государственным санитарно-эпидемиологическим правилам и нормативам - шлам не токсичен.

Результаты исследований послужили основанием для выбора перспективного направления комплексной переработки шлама - использования его в качестве техногенного сырья для получения магнезиального вяжущего, оксида магия и синтетического карналлита.

Неорганические вяжущие материалы магнезиального типа твердения обладают высокими физико-механическими характеристиками и широко применяются в различных отраслях промышленности, в том числе в строительной индустрии для получения древесно-минеральных композитов и изготовления на их основе строительных материалов [10, 11]. Однако в связи с резким повышением цен на каустический вяжущий магнезит ПМК-75 и ПМК-83 (от 13 000 руб/т) производство таких строительных материалов стало экономически нецелесообразным ввиду их неконкурентоспособности на рынке строительных материалов. В связи с этим разработка и внедрение технологии получения более дешевого магнезиального вяжущего из ШКХ - вполне обоснованная и актуальная задача. Основными предпосылками выбора этого направления рекуперации и утилизации шлама являются следующие научно обоснованные экспериментальные факты.

Во-первых, в шламе содержатся оба магнезиальных компонента (MgO и MgC12), которые необходимы для получения магнезиального цемента. Их массовое соотношение (1:0,62-0,69) в предварительно измельченном и тщательно усредненном шламе хорошо согласуется с практически используемым массовым соотношением этих компонентов при формировании магнезиальных

цементов из каустического магнезита и раствора MgCl2 (1:0,60-0,65). Во-вторых, оксид магния, содержащийся в шламе, должен быть химически активен и обладать вяжущими свойствами, поскольку температура на стадии глубокого обезвоживания расплава карналлита в производстве металлического магния не превышает 1073 К, что исключает образование на основе MgO структуры периклаза [10].

При тщательном и продолжительном исследовании различных партий шлама, отобранных на технологическом участке обезвоживания расплава карналлита ОАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА» в разное время и с разной высоты сформированного в изложнице слитка шлама химическим и рентгенофазовым анализом установлено неравномерное распределение основных компонентов как по высоте, так и по объему формирующегося слитка.

В верхней части слитка (рис. 1, а) химический состав шлама представлен только хлоридами Mg, K и Na. Причем NaCl присутствует в виде индивидуальной фазы, о чем свидетельствуют дифракционные линии с d = 0,282; 0,199 и 0,163 нм, а MgCl2 и KCl - в виде шестиводного (KCl-MgCl2-6H2O) (d = 0,478; 0,386; 0,360; 0,332; 0,303; 0,293; 0,234; 0,201 нм) и безводного KCl-MgCl2, (d = 0,349; 0,285; 0,248; 0,174 нм) карналлита. Средняя часть слитка шлама содержит все химические компоненты, в том числе и MgO (d = 0,242; 0,211 и 0,148 нм). В нижней части слитка приоритетным является MgO, содержание которого составляет более 56 мас. %, о чем свидетельствует высокая интенсивность дифракционных линий при d = 0,211 и 0,148 нм. Дифракционные линии рентгенограмм

Рис. 1. Рентгенограммы образцов шлама: а - белая часть слитка; б - регенерированный шлам

а

б

Таблица 1. Массовая доля (%) химических соединений в различных слоях слитка шлама

Слой Химический анализ Рентгенофазовый анализ

шлама MgO MgCl2 KClMgCl26H2O KClMgCl2 MgO NaCl

Верхний 0,12 50,5 8,0 80,5 Отсутствует 10,2

Средний 49,2 22,1 51,5 Отсутствует 45,5 3,0

Нижний 52,6 16,5 46,2 Отсутствует 51,7 2,1

Таблица 2. Содержание MgO и MgCl2, их массовое соотношение и выход фракций в исследованных партиях шлама

Характеристика Партия шлама / Время отбора пробы

I / 02.2000 г. II / 05.2000 г. III / 10.2001 г.

MgO, % 40,7 36,3 39,4

MgCl2, % 25,2 24,3 28,2

MgO : MgCl2 1 : 0,62 1 : 0,66 1 : 0,69

Фракция 200-100 мкм, % 82,7 87,1 85,5

Фракция 100-30 мкм, % 12,3 6,7 8,9

Фракция менее 30 мкм, % 5,0 6,2 5,6

отнесены к соответствующим химическим соединениям на основе литературных данных [12] и данных «Базы порошковых стандартов JCPDS-ICDD PDF2» (ICDD, USA, Release 2003).

По вертикальному срезу слиток шлама представляет собой «слоеный пирог», состоящий из трех слоев: верхнего (белый), среднего (серый) и нижнего (желтый), с разным содержанием основных химических соединений (табл. 1). Такое неравномерное распределение основных компонентов по высоте и по всему объему формирующегося слитка шлама связано с процессами отстаивания, седиментации и расслоения химических компонентов в миксерах и изложницах при охлаждении и кристаллизации шлама. По этой причине исходный шлам нельзя использовать в качестве вторичного сырья, поскольку управлять режимами и параметрами технологического процесса, а также качеством выпускаемой продукции при его дальнейшей утилизации становится практически невозможным. Следовательно, необходим процесс его регенерации, который позволил бы достичь однородности химического состава шлама по всему его объему.

Регенерацию, заключающуюся в дроблении, измельчении и фракционировании кускового шлама, проводили на лабораторной установке, состоящей из щековой дробилки, шаровой мельницы и циклона для пылеулавливания.

Фракционирование измельченного шлама осуществляли анализом на сите с ячейками размерами 200 и 90 мкм. Подготовленный таким образом к последующей переработке шлам хранили в герметичных емкостях с целью исключения процесса гидратации атмосферной влагой содержащегося в нем MgO и частичного гидролиза MgCl2.

Регенерации подвергали куски шлама разного цвета, отобранные в отделении обезвоживания расплава карналлита ОАО «Кор

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Металлургия»