Утилизация отходов металлургического комплекса.

Основную массу отходов этого комплекса представляют вскрышные и вмещающие породы добычи руд, отходы их обогащения, металлургические шлаки.

Отходы добычи железной руды. В нашей стране наиболее распространенным способом добычи железной руды является открытый — путем создания карьеров глубиной до 300 м и более. Наряду с разработкой железной руды извлекают и складируют в отвалы огромные массы вскрышных и вмещающих пород, объемы которых составляют 30 — 70% от разрабатываемой рудной массы. Наибольшее количество попутно добываемых пород — это кристаллические сланцы, кварциты, роговики и другие близкие к ним скальные породы. Среди вскрышных пород имеются и нескальные, в основном осадочные — глины, пески, суглинки, известняки и др.

Скальные породы, предварительно разрыхленные взрывным способом, разрабатывают экскаваторами и удаляют в отвалы автомобильным или железнодорожным способом. По гранулометрическому составу отвальные скальные породы представляют собой неоднородный материал от пылева- тых и песчаных фракций до глыб размером 1 м. Преимущественный гранулометрический состав 10 — 200 мм. Истинная плотность этих пород зависит от включений железа и находится в пределах 2600 — 4100 кг/м3, средняя — 3000 кг/м3.

Основным направлением утилизации вскрыши скальных и нескальных пород является использование их для устройства дамб обвалования, плотин, насыпей, оснований дорог, для планировочных работ, а также для производства строительных материалов. Скальные породы широко используются для производства щебня, который применяют в качестве крупного заполнителя в тяжелых и особо тяжелых бетонах. На многих горно-обога- тительных комбинатах Украины построены щебеночные комплексы. Объемы образования этих отходов превышают масштабы возможной переработки, и основным направлением их использования является обратная засыпка и рекультивация карьеров.

Отходы обогащения железной руды — хвосты образуются при получении железного концентрата методами электромагнитной или магнитной сепарации. Для раскрытия и дальнейшего извлечения рудных минералов руду подвергают измельчению. Тонкость измельчения зависит от технологии обогащения, характера и степени оруденения сырья. Объемы отходов составляют 40 — 60% от объема обогащаемого материала.

Хвостовое хозяйство — один из самых дорогостоящих объектов обогатительного комплекса.

Частицы хвостов имеют угловатую неокатанную и неправильную форму. Кроме пустой породы, в хвостах присутствуют частицы железосодержащих минералов в количестве 15 — 20%. Хвосты представляют собой несвязный материал, средневзвешенный диаметр частиц колеблется в пределах 0,05 — 0,2 мм, преобладают частицы размером 0,07 — 0,005 мм. Истинная плотность колеблется в пределах 2600 — 4000 кг/м3, средняя — 3000 кг/м3. Удаляют хвосты в хвостохранилища гидравлическим способом в виде пульпы с Т : Ж, равным от 1 : 10 до 1 : 30.

При сбросе пульпы в хвостохранилище на надводных пляжах происходит фракционирование хвостов по плотности и крупности. В зонах, близких к выпуску, откладываются наиболее крупные и тяжелые частицы, содержание железа в этих зонах может превышать 30%. По сути хвостохранилища представляют собой техногенные месторождения полезных ископаемых, освоение которых будет производиться с помощью более прогрессивных технологий обогащения. Технология сброса пульпы должна формировать зоны с повышенным содержанием железа.

Хвостохранилища занимают огромные площади, подтапливают прилегающие территории, загрязняют подземные воды. Подсыхающие надводные пляжи создают интенсивное пыление.

Основным направлением утилизации хвостов обогащения является использование их в качестве вторичного сырья для производства строительных материалов. Пески из отходов обогащения могут использоваться в кладочных и штукатурных растворах, для приготовления бетонов, получения силикатного кирпича, устройства искусственных оснований под дороги, здания, сооружения, для обратных засыпок, а также в качестве сырья для получения бесклинкерного шлакоцемента (совместный помол песка с доменными шлаками).

Металлургические шлаки образуются при выплавке металлов и представляют собой продукты высокотемпературного взаимодействия руды, пустой породы, флюсов, топлива. Их состав зависит от этих компонентов, вида выплавляемого металла и особенностей металлургического процесса.

Металлургические шлаки подразделяют на шлаки черной и цветной металлургии. В зависимости от характера процесса и типа печей шлаки черной металлургии делят на доменные, сталеплавильные (мартеновские, конверторные, электроплавильные), ферросплавов, ваграночные.

Выход доменных шлаков на 1 т чугуна составляет 0,6 — 0,7 т; при выплавке 1 т стали выход шлаков составляет 0,1 — 0,3 т.

В цветной металлургии выход шлаков зависит от содержания извлекаемого металла в исходной шихте и может достигать 100 — 200 т на 1 т металла.

Химический состав доменных шлаков: СаО 29 — 30%, MgO 0 — 18%, А1203 5 — 23% и Si02 30 — 40%. В небольшом количестве в них содержатся оксиды железа 0,2 — 0,6% и марганца 0,3 — 1%, а также сера 0,5 — 3,1%.

Сталеплавильные шлаки характеризуются более высоким содержанием оксидов железа (до 20%) и марганца (до 10%). Так же, как и топливные шлаки, металлургические делят на кислые и основные в зависимости от модуля основности. Оксиды, входящие в шлаки, образуют разнообразные минералы, такие как силикаты, алюмосиликаты, ферриты и др.

Шлаки имеют высокую истинную плотность — среднее значение 2900 — 3000 кг/м3; плотность куска — 2200 — 2800 кг/м3, большую пористость, высокую морозостойкость, низкую истираемость.

Наиболее распространенным способом переработки шлаков является грануляция — резкое охлаждение водой, паром или воздухом. Грануляции подвергают в основном доменные шлаки. Утилизация доменных шлаков составляет около 60%, сталеплавильных — около 30%.

Основным потребителем доменных гранулированных шлаков является цементная промышленность. В цементной промышленности также возможно использование медленно охлажденных сталеплавильных шлаков, шлаков ферросплавов и шлаков цветной металлургии. Шлаковые вяжущие подразделяются на бесклинкерные (сульфатно-шлаковые и известково-шлаковые), шлакощелочные и шлакопортландцемент. Сульфатно-шлаковые вяжущие 12* получают совместным помолом доменных гранулированных шлаков (75 — 85%), гипса (10 — 15%) и небольшой добавки извести (2%) или портландцементного клинкера. Такие цементы отличаются химической стойкостью, их используют в агрессивных средах. Известково-шлаковые цементы получают совместным помолом доменного гранулированного шлака и извести (10 — 30%). Для регулирования сроков схватывания вводят до 5% гипса. Эти цементы по прочности уступают сульфатно-шлаковым цементам, имеют низкую морозостойкость, но отличаются высокой стойкостью в агрессивных водах.

Гранулированные доменные шлаки используют как добавки к сырью (до 20%) при производстве портландцемента взамен глины или как активные добавки к портландцементному клинкеру.

Широкое распространение получил шлакопортландцемент — гидравлическое вяжущее, получаемое совместным тонким помолом доменного гранулированного шлака (21 — 80%), портландцементного клинкера и небольшого количества гипса. Себестоимость такого цемента снижается на 25 — 30%, по сравнению с портландцементом. Шлакопортландцемент в зависимости от содержания шлака используют как обычный цемент или как стойкий к действию агрессивных вод.

Шлакощелочные цементы — это гидравлические вяжущие, получаемые совместным помолом доменных гранулированных шлаков и щелочных компонентов — кальцинированной или каустической соды, жидкого стекла. Оптимальное содержание щелочных соединений в вяжущем в пересчете на Na20 составляет 2 — 5% от массы шлака. Взамен щелочных компонентов используют отходы их производства. Шлакощелочные вяжущие обладают высокой прочностью, водостойкостью, водонепроницаемостью, коррозионной стойкостью, биостойкостью и термостойкостью. Бетоны из таких цементов обладают перечисленными преимуществами, кроме того, они устойчивы к действию бензина и других нефтепродуктов и слабых растворов органических кислот. Они способны твердеть при отрицательных температурах.

Шлакощелочные цементы используют в строительстве, а также для обезвреживания радиоактивных и токсичных отходов, содержащих тяжелые металлы (шламы гальванического производства, шламы водоочистки, золошла- ковые отходы термического обезвреживания).

Из металлургических шлаков получают шлаковый щебень путем дробления отвальных металлургических шлаков или по специальной технологии изготавливают литой щебень. При производстве этого материала огненно- жидкий шлаковый расплав из шлаковозных ковшей сливается слоями толщиной 250 — 500 мм на специальные литейные площадки или траншеи. Через 2 — 3 часа он кристаллизуется на открытом воздухе, затем его охлаждают водой, что приводит к развитию трещин. Шлаковые массивы разрабатывают экскаваторами с последующим дроблением и грохочением.

Необходимым условием получения щебня из металлургических шлаков является устойчивость их к распаду. Шлаки, пролежавшие 3 — 5 месяцев в отвалах, как правило, имеют стабильный состав.

Литой шлаковый щебень характеризуется высокими морозостойкостью и жаростойкостью, сопротивлением к истиранию.

В строительстве применяются разные типы бетонов с вяжущими и заполнителями на основе металлургических шлаков.

Для особо тяжелых и тяжелых бетонов (плотностью 2600 — 1800 кг/м3) в качестве крупных заполнителей используют литой или отвальный щебень, в качестве мелкого заполнителя — гранулированный доменный шлак. При производстве легких шлаковых бетонов (плотностью менее 1800 кг/м3) в качестве заполнителей используют щебень на основе шлаковой пемзы. Шлаковую пемзу получают вспучиванием шлакового расплава при быстром охлаждении водой, воздухом, а также при воздействии минеральных газообразова- телей. Затем путем дробления и грохочения получают фракционный щебень. Шлаковый щебень применяют также в дорожном строительстве для устройства оснований и асфальтобетонных покрытий.

Металлургические шлаки используют для производства шлаковой ваты. Шлаковую вату применяют как изоляционный материал, а с помощью различных органических и неорганических вяжущих из нее изготавливают разнообразные теплоизоляционные изделия.

Из расплавленных металлургических шлаков отливают камни для мощения дорог и полов промышленных зданий, бордюрный камень, противокоррозионные плитки, трубы и другие изделия. По износостойкости, жаростойкости и ряду других свойств шлаковое литье превосходит железобетон и сталь.

Металлургические шлаки используют для производства шлакоситалло- вых изделий. Производство их заключается в варке шлаковых стекол, формовании и последующей их кристаллизации. Шихта для получения стекол состоит из шлака, песка, щелочесодержащих и других добавок. Шлакоситаллы характеризуются высокими физико-механическими свойствами. Прочность их близка к прочности чугуна и стали, но шлакоситаллы в три раза легче. Они легко обрабатываются, шлифуются, режутся, сверлятся. Шлакоситаллы широко применяются в строительстве. Плитами из листового шлакоситалла облицовывают цоколи и фасады зданий, отделывают внутренние стены и перегородки, выполняют из них ограждения балконов, кровли, лестничные марши, подоконники, полы промышленных зданий, изготавливают трубы, высоковольтные изоляторы и другие изделия.

При производстве ферросплавов образуются шлаки, содержащие до 15 — 20% металлических включений. Ферросплавные шлаки перерабатывают на щебень, песок, муку, используют при выплавке стали, ферросплавов, в цементной промышленности, в производстве шлакового литья, шлакоситаллов и других строительных материалов.

Шлаки цветной металлургии отличаются большим разнообразием.

 Выход шлаков цветной металлургии на единицу выплавленного металла значительно больше, чем шлаков черной металлургии. Так, на 1 т никеля образуется до 150 т шлака, на 1 т меди — 10 — 30 т. В шлаках содержится до 60% оксидов железа, оксиды кремния, алюминия, кальция, магния, а также значительное количество таких ценных компонентов, как медь, кобальт, цинк, свинец, кадмий, редкие металлы. Перспективным направлением их использования является комплексная переработка, включающая предварительное извлечение цветных и редких металлов, железа с последующим использованием силикатного остатка для производства строительных материалов аналогично шлакам черной металлургии.

В черной и цветной металлургии образуется огромное количество пылей и шламов, значительное количество их накопилось также в шламонакопите- лях и отвалах. Эти отходы содержат в своем составе соединения железа, магния, марганца, кальция, цинка, свинца, серы и других элементов.

Пыли и шламы металлургических производств можно разделить на две группы: к первой группе относятся продукты очистки дымовых газов. Железосодержащие пыли и шламы образуются при очистке газов доменного, агломерационного и сталеплавильного производств. Концентрация железа в них — в пределах 35 — 55%, в некоторых случаях она превышает 68%, т.е. превышает содержание железа в железорудном концентрате. На старых заводах железосодержащие пыли и шламы сбрасывают в отвалы и шламонакопители из-за отсутствия или недостатка оборудования по их подготовке к использованию. На новых заводах эти пыли и шламы используют в технологических процессах путем добавки к агломерационной шихте. При использовании шламы предварительно обезвоживают до влажности 8 — 9%, из них удаляют вредные примеси, такие как сера, цинк, свинец, щелочные металлы, а затем механическим или термическим способом при добавлении вяжущих формуют куски определенных размеров.

Другим способом утилизации железосодержащих пылей является включение их в состав шихты при производстве цементов, красок, красителей.

Графитовая пыль образуется при выпуске чугуна из доменной печи, заливке его в миксер, транспортировке, разливке в формы или изложницы. Содержание графита в пыли металлургических цехов различных предприятий колеблется в пределах 30 — 80%. Графитовая пыль представляет собой чешуйки графита и их сростки, выделяющиеся из расплава чугуна в основном при его переливах. Графит является важным промышленным сырьем. Он используется в черной металлургии при изготовлении электродов электросталеплавильных и ферросплавных печей, тиглей для плавки стали и цветных металлов, в литейном производстве при изготовлении присыпок внутренних поверхностей форм для предохранения отливок от пригара, при получении графито-коллоидных красок для подмазки литейных форм, для получения графито-керамических масс, из которых готовят литейные формы, в электротехнике для гальванических элементов и щелочных аккумуляторах, в атомной энергетике для изготовления стержней-замедлителей нейтронов, в реактивной технике в качестве особо термосЛжкого материала, в машиностроении в качестве порошкообразного смазочного материала. Кроме того, графит применяют при изготовлении искусственных алмазов, металлокерамики, различных пластмасс, карандашей и присадок для снятия статического электричества.

Потребность в графите постоянно растет. Ископаемые графитосодержа- щие руды характеризуются сравнительно низким содержанием графита. Для получения 1 т графита из таких руд перерабатывают до 20 т руды. В промышленности используЛгг также дорогостоящий искусственный графит, который изготавливают на основе кокса и антрацита. Поэтому графитовая пыль предприятий черной металлургии является ценным вторичным сырьем. Ресурсы графитовых отходов оцениваются миллионами тонн. Значительная часть их поступает в отвалы и разносится ветром на большие расстояния.

В настоящее время разработаны два направления утилизации графитовой пыли. Для предприятий, где содержание в пыли графита особо высокое (60 — 90%), предполагается получать товарный графит на самих производствах. Процесс этот включает такие операции, как измельчение, флотационное обогащение по стандартным схемам. В дальнейшем концентрат подвергается химической доводке. Полученный продукт предполагается использовать на самом предприятии. Другое направление утилизации состоит в обогащении графитовой пыли на металлургических предприятиях и последующей переработки полученного концентрата на специализированных графитовых заводах совместно с ископаемой графитовой рудой. Графит, изготовленный при совместной переработке, не уступает по качеству графиту, изготовленному из одной руды, а иногда превосходит последний.

Графитовая пыль, содержащая в своем составе менее 60% графита, может быть использована для приготовления теплоизоляционных смесей в литейном производстве.

Серосодержащие шламы образуются при очистке газов агломерационных производств от оксидов серы с помощью известняковых суспензий. Такие же шламы образуются при очистке газов от оксидов серы на ТЭЦ и других производствах. В результате очистки образуются плохо растворимый в воде сульфит кальция, хорошо растворимый сульфат кальция, а также в небольшом количестве хорошо растворимые бисульфит кальция и гипс. Основная часть этих шламов поступает в шламохранилища и не используется.

В настоящее время разработаны рекомендации по утилизации шламов сероочистки. Для использования в цементной промышленности рекомендуется их сначала подвергнуть обжигу при температуре 1100 — 1150° С, что позволит перевести часть серы из шлама в диоксид серы, а затем использовать для производства серной кислоты. Далее сухой шлам можно использовать как добавку к шихте при производстве цемента. Другим направлением утилизации серосодержащих шламов является применение их в сельском хозяйстве в качестве мелиоранта для кислых, оподзоленных и солонцеватых почв. Шлам является дополнительным источником серы, кальция, позволяет нейтрализовать повышенную кислотность почв.

Образующийся при очистке сточных вод трубопрокатного производства шлам содержит окалину и масла. В процессе очистки в первичных отстойниках отделяется крупная окалина, которая периодически извлекается из отстойника и утилизируется в качестве добавки к агломерационной шихте. Во вторичных отстойниках улавливается мелкая окалина и маслопродукты. Мае- лопродукты ухудшают прочность гранул шихты, снижают ее газопроницаемость. Поэтому шихту предварительно обрабатывают известняком или шла- мами других металлургических производств, а затем используют в агломерационном или сталеплавильном производствах. Другим способом подготовки замасленной окалины к утилизации является обработка ее жидким сталеплавильным шлаком. Обогащенный окалиной застывший шлак является ценным металлургическим сырьем.

Поделиться:
Добавить комментарий