РАСПЛАВЫ
1 • 2011
УДК 669.15.198
1
© 2011 г. Ю. В. Сорокин , Б. Л. Демин, В. М. Рытвин
ПЕРЕРАБОТКА ШЛАКОВ АЛЮМОТЕРМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
ФЕРРОСПЛАВОВ
Выполнен вещественный и гранулометрический анализы отвала ферросплавных шлаков ОАО "Ключевский завод ферросплавов" и определены основные физико-механические свойства ведущих составляющих, разработана технология переработки шлаковой массы с максимальным извлечением металла и разделением сплавов и шлаков по видам производств. Сочетание ручной выборки, магнитоэлектрических и рентгенорадиометрических способов позволяет выделить из отвальной массы до 20 видов сплавов и шлаковой продукции. По выполненным разработкам строится Ключевская обогатительная фабрика. Данный проект включен в областную программу "Переработка техногенных образований Свердловской области" 2004—2010 гг.
Ключевые слова: шлаки, сплавы, лигатуры, отвалы, сепарация металла, рентгенора-диометрическое разделение.
Шлаки ферросплавного производства представляют особый интерес среди техногенных образований предприятий черной металлургии, поскольку содержат дорогостоящие сплавы и более востребованную минеральную часть. В этом отношении наиболее ценны шлаки алюмотермического производства Ключевского завода ферросплавов (ОАО "КЗФ").
В частности, высокоглиноземистые шлаки предприятия используются как оборотный продукт для получения быстротвердеющих цементов. Они пригодны для производства высококачественных абразивных, огнеупорных и многих других видов материалов и изделий. При этом стоимость шлаковой продукции оказывается соизмеримой с ломом черных металлов. Одновременно с переработкой шлаков из них извлекаются дорогостоящие ферросплавы.
Экспериментальная часть (теоретическая часть). За более чем шестидесятилетнюю деятельность предприятия в отвале накоплено свыше 2.5 млн. т шлаков. Имеются две площадки складирования: "старый" отвал площадью ~2.8 га и высотой ~ до 27 м и "новый" действующий отвал, верхняя отметка которого достигает 10 м над уровнем основания отвалов. Результаты оценки вещественного состава отвальной массы, выполненные ОАО "Уральский институт металлов", показали, что она представлена в основном шлаками производства ферротитана, хрома металлического, феррохрома, феррониобия низкокремнистого, ферросиликоциркония, силикокальция, ферровольфрама, ванадиевой и алюминий-бариевой лигатур и других с включениями соответствующих сплавов. Кроме того, имеются вентиляционные пыли, огнеупоры, огарки и бой электродов, черные и цветные металлы, а также производственные мусора. В отвале присутствует более 30 наименований материалов. Распределение наиболее массовых видов шлаков по видам сплавов, их физико-механические свойства и гранулометрический состав приведены в табл. 1—3.
Действующие в промышленности способы шлакопереработки направлены в основном на извлечение магнитного металла методами магнитной сепарации ведущего
1У. sorokin@uim.ural.ru
Таблица 1
Распределение шлаков в отвале ОАО "КЗФ" материала
№ п. п. Материал Содержание, мас. % Кол-во, Характеристика шлака
тыс. т по визуальной оценке
0 Смесь шлаков и твердых отходов ферросплавного производства (отвальная масса) 100.0 2500.0 Смешанная масса преимущественно кускового материала средней крупностью ~150 мм. Имеются участки мелкодисперсного распавшегося шлака и отдельные блоки крупнее 1.5 м
1 Шлак от производства ферротитана, в том числе включения сплава 42.0 1050.0 Кусковой от темно-серого до черного цвета плотной структуры с металлическим блеском. При хранении в изломе образуются локальные выделения белого порошка
2 Шлак от производства хрома металлического и включения сплава 33.0 825.0 Кусковой серый с фиолетовым оттенком, плотный, с металлическим блеском; на свежем изломе — пластинчатый
3 Шлак от производства феррохрома и включения сплавов 14.0 350.0 Кусковой светло-серого цвета с розовыми вкраплениями с металлическим блеском. Структура мелкозернистая, плотная, имеются мелкие поры
4 Шлак от производства феррониобия низкокремнистого, вентиляционная пыль, в том числе от производства лигатуры, и включения сплавов 6.5 162.5
5 Шлак от производства ферросиликоциркония и включения сплава 2.0 50.0
6 Прочие шлаки и включения сплавов 0.7 17.5
7 Лом черных металлов 0.8 20.0
8 Бой огнеупоров, производственные мусора 1.0 25.0
сплава и отдельных сторонних составляющих (огнеупоров, углеродсодержащих и др.) путем ручной выборки с получением остаточной минеральной массы смешанного состава. Такие технологические решения не позволяют получать раздельно каждую составляющую шлаковой массы. Между тем из отвальной массы завода целесообразно выделять раздельно как сплавы, так и шлаки, поскольку именно каждый из них представляет собой потребительскую ценность.
Многокомпонентность шлаковой массы не позволяет рационально ее использовать при дальнейшей переработке на самом заводе, а также при реализации потенциальным потребителям.
В частности, содержание оксидов хрома выше 1.5% недопустимо при переработке шлаков на технический глинозем для алюминиевой отрасли, хотя массовая доля (А1203) в шлаке более 60%, что выше чем в используемых бокситах и нефелинах, а наличие значительных количеств окиси магния в шлаках не допускает их использования для производства клинкеров для глиноземных цементов.
Таблица 2
Физико-механические свойства основных видов шлаков ОФО "КЗФ"
Наименование технического показателя Единица измерения Вид шлака от производства
ферротитана хрома металлического феррохрома НУ и ВУ
Удельная плотность г/см3 3.08 3.11 3.17
Объемная (средняя) плотность г/см3 2.93 3.04 3.0
Насыпная плотность для фракции 10—70 мм кг/м3 1420 1455 1490
Плотность при сжатии в цилиндре марка 1000 1200 1200
в сухом состоянии
Влажность % 0.03 0.01 0.04
Абразивность по методике Категория Х-Х1 Х-Х1 XI
"ВНИИстройдормаша"
Водопоглощение % 1.8 1.6 2
Таблица 3
Гранулометрический состав отвальной массы
Остаток Размер отверстий сит, мм
на сите, % >500 300-500 120-300 70-120 40-70 20-40 0-20
Данные ОАО "УИМ"
частный полный
частный полный
6.0 6.0
30.0 30.0
8.0 14.0
40.0 70.0
12.0 26.0
24.0 50.0
Данные ОАО "КЗФ" 20.0 90.0
18.0 68.0
21.0 89.0
10 100.0
11.0 100.0
5
105
Таким образом, коммерческий либо технологический интерес представляют разделенные шлаки, полученные по видам производств отдельных ферросплавов. При проектировании технологии переработки шлакового отвала был заложен именно такой принцип селективности при получении продуктов переработки.
Тот же принцип закладывался и для выделения остаточных металлических включений, которые попадали вместе со шлаком в шлаковый отвал. Получение раздельных, по видам сплавов, металлоконцентратов значительно упрощает задачу их дальнейшей реализации в виде готовой продукции или переработки.
Результаты и их обсуждение. В связи с этим ОАО "УИМ" были впервые разработаны технология, технологический регламент и выполнен проект переработки шлакового отвала ОАО "КЗФ", позволяющие получить из отвальных шлаков до 20 и более различных видов продукции.
Анализ исходного сырья показал, что экономически целесообразно раздельно получить кусковые шлаки и металлоконцентраты хрома металлического, феррохрома, ферротитана, других выплавлявшихся ферросплавов (феррониобия, ферровольфрама и т.д.), шлаковый песок, черный и цветной металл, огнеупорный лом, углеродсодер-жащие материалы.
Ручная выборка Магнитная сепарация Рентгенорадиометрическая сепарация
Цветной металл Черный Шлаки Лигатуры Сплавы
Немагнитный черный металл Огнеупорный лом Углеродосодержащие Сторонние материалы (древесина, пластик) Цветной металл Немагнитный Черный металл Огнеупорный лом Другие металл Хрома Феррохрома Ферротитана Ванадиевая Алюмо-бариевая другие Хрома Феррохрома Ферротитана Феррониобия Ферроциркония Ферровольфрама
Рис. 1. Схема получения различной продукции в зависимости от применяемого способа.
В технологию переработки ферросплавных шлаков заложено сочетание ручной выборки, магнитной сепарации и рентгенорадиометрического (РР) разделения всех имеющихся сплавов и шлаков.
Принцип действия рентгенорадиометрических сепараторов основан на возбуждении атомов элементов, входящих в состав куска материала, потоком рентгеновского излучения и регистрации потоков характеристического и рассеянного рентгеновского излучения от каждого куска по двум каналам с их последующей обработкой и принятием решения об отстреле данного куска по заданному алгоритму в зависимости от установленного порога разделения. При этом отношение максимального размера куска к минимальному желательно иметь не более трех.
На рис. 1 и 2 показаны схемы получения различной продукции в зависимости от применяемого способа и технологическая схема переработки отвальных шлаков Ключевского завода ферросплавов.
Разработка отвала сходна с аналогичными операциями других предприятий и производится экскаваторами и бульдозерами, рассчитанными на работу со скальными грунтами. Дробление негабарита осуществляется с помощью драглайнов, гидравлических или пневматических ударников. Подготовленный материал доставляют в приемный бункер обогатительной фабрики, которая состоит из трех отделений: дробильно-сортировочной установки, отделения сепарации, отделения перечистки. Из приемного бункера шлак подается на головной ленточный конвейер. Вдоль него размещают узлы извлечения черного лома и пост ручной выборки углеродсодержащих материалов (угольная футеровка, электродные огарки), огнеупорного лома, лома цветных и немагнитных черных металлов, а также посторонних и опасных тел. Отсортированную массу загружают в галтовочный барабан. Его назначение — разрушить слабые зерна, очистить поверхность кусков, раскрыть металлические включения и рассортировать отвальную массу на два класса: крупнее и мельче 200 мм. Класс крупнее 200 мм дробят и сортируют на четыре фракции: + 150 мм; 60—150 мм, 20—60 мм для последующей рентгенорадиометрической сепарации (РРС) и минус 20 мм, которую предполагается складировать на складе промежуточного хранения. На участке сепарации шлака осуществляется отделение шл
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.