EA019937B1 - Способ переработки отвального шлака - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к металлургической и строительной отраслям промышленности и может быть использовано при переработке отвальных шлаков, а именно извлечения из них металлических частиц (корольков). Способ переработки включает стадийно повторяющиеся операции дробления, воздушную сепарацию и сортировку шлака по крупности на перфорированной поверхности, с отбором металла из надрешетной фракции, а также избирательное измельчение материала на заключительной стадии. Согласно изобретению дробление на каждой стадии переработки проводят в режиме избирательного измельчения материала в слое, а воздушную сепарацию производят путем принудительного смешивания материала с регулируемым потоком воздуха. В результате реализации способа производят очистку отвальных шлаков от металлических включений, что делает возможным использование полученного продукта в качестве основного сырьевого компонента при производстве широкого спектра строительных материалов. Способ позволяет повысить экономическую эффективность процесса переработки отвального шлака за счет сокращения затрат на его реализацию.

Description

Изобретение относится к металлургической и строительной отраслям промышленности и может быть использовано при обогащении отвальных шлаков, а именно извлечения из них металлической составляющей, которая препятствует их использованию в производстве строительных материалов.

Известен способ переработки отвальных шлаков [1], включающий стадийное дробление с промежуточным рассевом и отбором металла в процессе магнитной сепарации, а также воздушную сепарацию наименьшей фракции материала в режиме кипящего слоя. Недостатком данного способа является его низкая эффективность. Способ не позволяет извлекать из шлака металлические частицы, размер которых менее 1 мм. В связи с этим сталеплавильные шлаки, содержащие до 60% кальция, не используются в качестве сырьевого компонента при производстве строительных материалов как доменные шлаки, а направляются на отсыпку дорог в виде щебня. При этом спросом пользуются в основном средние фракции шлака от 10 до 60 мм, а мелкие фракции до 10 мм (далее по тексту будет обозначаться как -10 мм) накапливаются в отвалах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ переработки отвальных шлаков [2], включающий предварительную выборку крупного металлического скрапа, стадийное дробление просеянного шлака, отбор металла на каждой стадии посредством рассеивания на перфорированной поверхности, магнитную сепарацию или ручную выборку металла из надрешётного продукта и воздушную сепарацию измельченного материала, которую проводят на каждой стадии дробления посредством перемещения материала в потоке воздуха с обеспечением извлечения наименее плотной неметаллической составляющей шлака, а после заключительной стадии дробления перед воздушной сепарацией проводят избирательное измельчение неметаллической составляющей шлака. В процессе переработки обеспечивают постадийный перевод всей неметаллической составляющей шлака в пылевидную фракцию с извлечением ее потоком воздуха на каждой стадии переработки. Недостатком данного способа является его низкая экономичность. Перевод всей неметаллической составляющей шлака в пылевидную фракцию в процессе стадийного дробления производят на дробильно-размольном оборудовании, обеспечивающем при традиционных режимах эксплуатации выход в основном средних фракций продукта. Это влечет за собой увеличение количества стадий переработки и, как следствие, приводит к повышенному уровню капитальных и эксплуатационных затрат при реализации способа. Кроме того, при переработке влажных шлаков возникает необходимость использовать сушку материала перед воздушной сепарацией, что также увеличивает себестоимость переработки.

Задачей изобретения является разработка способа переработки отвального шлака, в котором устранены недостатки, присущие известным способам. Способ обеспечивает сокращение стадий переработки и улучшение экономических показателей за счет уменьшения эксплуатационных расходов.

Поставленная задача решается тем, что дробление на каждой стадии переработки проводят в режиме избирательного измельчения материала в слое, а воздушную сепарацию проводят путем принудительного смешивания материала с регулируемым потоком воздуха.

В различных частных воплощениях заявляемого способа переработку мелкого шлака фракции (-10 мм) осуществляют в одну стадию, при этом избирательное измельчение проводят в валковом прессе с последующим разрушением образовавшейся полосы материала перед воздушной сепарацией.

Кроме того, разрушение полосы измельченного материала проводят в процессе воздушной сепарации при смешивании материала с регулируемым потоком воздуха.

Кроме того, воздушную сепарацию и сортировку материала по крупности совмещают.

Кроме того, в частных воплощениях способа избирательное измельчение материала совмещают с воздушной сепарацией.

Кроме того, образующуюся в результате воздушной сепарации пылевоздушную смесь подвергают дополнительной сепарации с целью извлечения из нее полезных компонентов.

Кроме того, извлеченный в процессе дополнительной сепарации материал может подвергаться повторному измельчению и сепарации.

Сущность изобретения заключается в следующем: в процессе реализации способа производят постадийный перевод всей неметаллической составляющей шлака в пылевидную фракцию с последующим извлечением ее в воздушном сепараторе. В связи с этим более правильно говорить не о стадийном дроблении, а о стадийном измельчении материала, имея в виду, что показателем эффективности процесса является увеличение выхода высокодисперсной пылевидной фракции материала. Для этого используют дробильно-размольное оборудование, позволяющее проводить измельчение материала в слое. В этом случае частицы шлака, взаимодействуя между собой, образуют множественные контакты, которые способствуют формированию эффективного поля нормальных и касательных напряжений в очаге деформации, результатом действия которого является более дисперсное разрушение продукта. Измельчение материала в слое позволяет увеличить выход пылевидной фракции, что является важным фактором повышения эффективности способа.

Присутствие в шлаке металлической и керамической составляющей с резко отличающимися прочностными характеристиками приводит к проявлению так называемого эффекта избирательного измельчения, когда в очаге деформации дробильно-размольного агрегата происходит разрушение лишь неметаллической составляющей шлака. При этом частицы металла, выступая в роли концентраторов напря

- 1 019937 жений и размольных тел, способствуют более эффективному разрушению керамики. Кроме того, при измельчении материала в слое происходит его сушка. Это вызвано тем, что удельная поверхность материала в процессе измельчения увеличивается более чем в 100 раз, в то время как количество свободной влаги остается неизменным. В результате адсорбции жидкости на вновь образующуюся поверхность происходит значительное улучшение технологических свойств продукта, что позволяет не использовать дополнительно такую энергозатратную операцию, как сушка, перед воздушной сепарацией.

Образующийся в процессе избирательного измельчения материал представляет собой смесь высокодисперсных пылевидных неметаллических частиц и более крупных металлических включений. Дозированная подача такого материала в традиционный воздушный сепаратор затруднена из-за склонности его к сводообразованию. Это приводит к неэффективности работы воздушных сепараторов, работающих в режиме организованного перемещения материала в потоке воздуха. В предлагаемом способе воздушную сепарацию проводят путем принудительного перемешивания материала с регулируемым потоком воздуха. Это позволяет, с одной стороны, обеспечить точную дозировку материала, а с другой стороны, предотвратить слипание частиц в воздушном потоке. Предлагаемый режим повышает эффективность процесса и уменьшает зависимость качества разделения продукта от влажности исходного материала.

При переработке отвальных шлаков традиционным способом образуется значительное количество мелких фракций шлака (-10 мм). Данный продукт в силу своего гранулометрического состава не представляет интереса как щебень и не используется в качестве сырьевого компонента при производстве строительных материалов, как доменный шлак, из-за наличия в нем металлической составляющей. Предлагаемый способ дает возможность не отправлять данную фракцию шлака в отвал, а перерабатывать ее, превращая в перспективный сырьевой компонент для строительной отрасли.

Переработку мелкого шлака (-10 мм) осуществляют в одну стадию, при этом избирательное измельчение материала проводят в валковом прессе с разрушением образовавшейся полосы измельченного материала перед воздушной сепарацией.

Измельчение материала в прототипе производят в валковой мельнице при толщине слоя Ь _пол=0,01Ό _вал, где 11 _пол - толщина полосы на выходе из валков, Ό _вал - диаметр валков. При диаметре валков 1000 мм толщина слоя соизмерима с размером максимально возможных металлических включений в материале (10 мм). Взаимодействие металлических включений одновременно с двумя рабочими валками приводит к значительному уменьшению напряжений в очаге деформации, что негативно сказывается на качестве измельченного продукта и может вызвать перегрузку привода мельницы. При измельчении материала в валковой мельнице возможно образование лишь отдельных кусков или брикетов измельченного продукта в местах, где в момент переработки отсутствовали крупные металлические включения.

При измельчении материала в валковом прессе образуется полоса, толщина которой находится в диапазоне Ь _пол=(0,01-0,08)Э _вал. В этом случае крупные частицы металла не могут взаимодействовать одновременно с двумя рабочими валками, что способствует равномерному измельчению материала. Однако дальнейшее увеличение толщины полосы выше 0,08Ό _вал приводит к изменению гранулометрического состава продукта в сторону выхода более крупных фракций, что свидетельствует о снижении эффективности процесса. Избирательное измельчение более крупных фракций шлака (крупнее 10 мм) в одну стадию на валковом прессе также приводит к снижению качества получаемого продукта.

Измельчение связанно-сыпучих смесей в валковом прессе, в отличие от валковой мельницы, требует меньших затрат энергии при достижении аналогичного результата и характеризуется повышенной степенью измельчения продукта. Металлическая составляющая шлака, имеющая значительно более высокие прочностные характеристики, чем керамика, в очаге деформации пресса не разрушается. В результате адсорбции жидкости на вновь образующуюся поверхность происходит сушка шлака. Перед воздушной сепарацией полоса измельченного материала легко разрушается.

В частных воплощениях способа разрушение полосы измельченного материала проводят в процессе воздушной сепарации при смешивании материала с регулируемым потоком воздуха. В этом случае полоса измельченного материала из валков сразу попадает в воздушный сепаратор, минуя накопительные бункеры, передающие механизмы, дозирующие устройства и т.д. Это позволяет снизить стоимость технологического оборудования и сократить себестоимость переработки.

В частных воплощениях способа воздушную сепарацию материала и его сортировку по крупности на перфорированной поверхности совмещают и проводят в одном агрегате. Для этой цели используют барабан-активатор, в который дозировано подается материал после дробильно-размольного оборудования. В процессе вращения барабана, под действием лопаток, размещенных на стенках, происходит перемешивание материала с регулируемым потоком воздуха, проходящим через барабан. В результате этого удаляют в систему аспирации высокодисперсные фракции шлака, а оставшийся в барабане материал попадает на разделительную решетку, где происходит его сортировка по крупности. Крупная фракция направляется на ручную выборку или магнитную сепарацию, а мелкая подается на следующую стадию избирательного измельчения. Совмещение операций воздушной сепарации и сортировки материала по крупности позволяет повысить экономичность способа за счет снижения капитальных затрат, потребляемой энергии и сокращения численности обслуживающего персонала.

В частных воплощениях способа совмещают избирательное измельчение и воздушную сепарацию

- 2 019937 материала. Для этого используют барабанную мельницу, где сторона загрузки материала открыта для забора воздуха. В мельницу дозировано загружают шлак и подают регулируемый поток воздуха. В процессе вращения барабана неметаллическая составляющая шлака, находящаяся в слое материала, подвергается измельчению посредством истирающих и ударных воздействий металлической составляющей шлака или специально загруженных в барабан мелющих тел. Образующаяся в процессе избирательного измельчения пылевидная фракция шлака смешивается с регулируемым воздушным потоком и удаляется из барабана в систему аспирации. По мере удаления из барабана неметаллической составляющей концентрация металла в смеси увеличивается. Процесс может продолжаться до полной очистки металла от шлака. Данный способ позволяет сократить количество стадий переработки до единственной и получить при этом хорошее качество очистки металла и шлака.

В частных воплощениях способа образующаяся в процессе воздушной сепарации пылевоздушная смесь подвергается дополнительной сепарации с целью извлечения из нее полезных компонентов. Для этого используют воздушные, магнитные, электростатические и другие сепараторы, а также бункерыосадители, циклоны и фильтры.

В частных воплощениях способа, например, для того чтобы повысить чистоту металлического концентрата, извлекаемого в процессе воздушной сепарации, устанавливают повышенный расход воздуха в воздушном сепараторе. В результате этого происходит вынос крупных частиц шлака в систему аспирации. Однако данный шлак по своему гранулометрическому составу может не соответствовать требованиям, предъявляемым к готовому продукту. В связи с этим крупные частицы шлака извлекают из воздушного потока посредством осадительных бункеров или центробежных сепараторов. Извлеченный материал подвергают дополнительному измельчению и после повторной сепарации с целью извлечения полезных компонентов направляют на склад готовой продукции.

Пример 1.

Сталеплавильный шлак с отвала большегрузными автомобилями доставляется на площадку, где извлекается крупногабаритный скрап и особо крупные куски шлака. Через галтовочный барабан материал попадает на решетку с ячейками 200x300 мм. Оставшиеся на решетке крупные куски металла выбираются магнитом. Отобранный на этой стадии металл составляет 10 мас.% от исходного материала. Просеянный шлак конвейером подается на виброщековую дробилку, где происходит внутрислойное избирательное измельчение материала до фракции (-40 мм). Агрегат настраивают таким образом, чтобы обеспечить максимальный выход высокодисперсной пылевидной составляющей шлака. В процессе избирательного измельчения происходит сушка материала. Продукт измельчения дозировано подают в барабанный сепаратор, где в результате вращения барабана происходит перемешивание материала с регулируемым потоком воздуха. Воздушный поток регулируют таким образом, чтобы извлечь в систему аспирации шлак фракции (-0,08 мм). Количество отобранного на этом этапе материала составляет 30 мас.% от исходного. Оставшийся в барабане обеспыленный материал направляют на грохот для сортировки по крупности. Крупную фракцию шлака (+40 мм) подвергают магнитной сепарации с целью извлечения из него металла. Отобранный на этой стадии металл составляет 2% от массы исходного материала.

Оставшуюся немагнитную фракцию возвращают на предыдущую стадию измельчения. Мелкую фракцию (-40 мм) подают в конусную инерционную дробилку с камерой дробления, выполненной в рудном исполнении для производства песка, где происходит избирательное измельчение шлака в слое материала. Продукт измельчения дозировано подают в воздушный сепаратор. Воздушный поток настраивают для удаления из смеси шлака фракции (-0,5 мм). Количество отобранного на этой стадии очищенного от металлических включений шлака составляет 56% от массы исходного материала. При этом в бункере сепаратора остается металл фракции (-40 мм) в количестве 2% от массы исходного материала. Образующуюся в процессе воздушной сепарации пылевоздушную смесь пропускают через бункер-осадитель, где происходит уменьшение скорости пылевоздушного потока, что приводит к его расслоению под действием гравитационных сил. В результате этого в бункере-осадителе задерживаются крупные частицы шлака и мелкие корольки металла, а оставшаяся пылевоздушная смесь фракции (-0,08 мм) направляется в систему аспирации, где в циклоне и рукавном фильтре производят окончательное извлечение пылевидных фракций шлака из воздушного потока. Накопленный в циклонах и фильтрах материал направляется на склад готовой продукции. Материал из бункера-осадителя возвращают в конусную инерционную дробилку для повторного избирательного измельчения в слое.

В результате реализации способа получают металл фракции (+0,08 мм) 14 мас.% от исходного веса материала, который возвращают в металлургическое производство, а также 86 мас.% очищенного от металлических включений сталеплавильного шлака фракции (-0,08 мм).

Очищенный от металлических включений сталеплавильный шлак может содержать в своем составе до 60% СаО в виде силикатов. По этой причине он с успехом заменяет дорогую обожженную известь, используемую в традиционных технологических процессах при производстве силикатного кирпича, силикатных ячеистых блоков, плотного силикатного бетона, армированных перекрытий, силикатных плит, бордюрного камня, тротуарной плитки и т.д. Причем хорошо измельченный и усредненный в процессе очистки от металлических включений сталеплавильный шлак не требует дополнительного измельчения при вовлечении его в технологический процесс.

- 3 019937

Пример 2.

Шлак фракции (-10 мм) доставляют с отвала к месту переработки, где подвергают входному контролю его гранулометрический состав. Для этого материал дозировано подают в барабан-активатор, где происходит перемешивание материала с регулируемым потоком воздуха. Воздушный поток настраивают таким образом, чтобы удалить в систему аспирации уже измельченную пылевидную фракцию шлака (-0,08 мм). Более крупные частицы материала попадают на расположенное в барабане полигональное сито с размером ячейки 10 мм, где происходит отсортировка случайно попавших в переработку крупных частиц металла и шлака. Прошедший входной контроль материал направляют для избирательного измельчения в валковый пресс с диаметром валков 500 мм. Под действием нормальных и касательных напряжений, возникающих в очаге деформации, происходит внутрислойное избирательное измельчение неметаллической составляющей шлака. Образующаяся на выходе из валков полоса измельченного материала толщиной 20 мм попадает в воздушный сепаратор, где в процессе смешивания материала с регулируемым воздушным потоком происходит ее разрушение. Воздушный поток настраивают таким образом, чтобы в бункере воздушного сепаратора накапливалась только металлическая составляющая шлака. Образующуюся в процессе воздушной сепарации пылевоздушную смесь пропускают через бункеросадитель, где скорость воздушного потока замедляют, что приводит к его расслоению под действием гравитационных сил. В результате этого в бункере-осадителе накапливают крупные частицы шлака и мелкие корольки металла. Прошедший через бункер-осадитель пылевоздушный поток фракции (-0,08 мм) направляют в систему аспирации, где в циклоне и рукавном фильтре происходит накапливание очищенной от металлических включений высокодисперсной фракции шлака. Извлеченный в бункере-осадителе материал повторно измельчают. Продукт измельчения пропускают через центробежный сепаратор для извлечения металла. Очищенный от металлических частиц пылевоздушный поток фракции (-0,08 мм) направляют в систему аспирации, где в циклоне и рукавном фильтре производят извлечение высокодисперсной фракции шлака.

Пример 3.

Переработка плавильного медьсодержащего шлака, образующегося при выпуске латуни Л-63.

Снятый с печи шлак дозировано загружают в барабанную мельницу, где сторона загрузки материала открыта для забора воздуха. Избирательное измельчение неметаллической составляющей шлака в барабанной мельнице происходит в слое материала посредством истирающего и ударного воздействия металлической составляющей шлака. В мельнице установлены наклонные лопасти, которые при вращении барабана по часовой стрелке проталкивают материал вглубь барабана, а при вращении в противоположном направлении выгружают содержимое в специальный приемный бункер. В процессе вращения барабана происходит избирательное измельчение материала. Образующаяся пылевидная фракция шлака непрерывно смешивается с регулируемым потоком воздуха и удаляется из мельницы. Пылевоздушную смесь направляют в центробежный сепаратор, который настраивают на извлечение металлической составляющей. Очищенную от металла пылевоздушную смесь направляют в систему аспирации, где происходит накапливание высокодисперсных фракций шлака. Через загрузочную часть мельницы оператор контролирует процесс переработки. По достижении требуемой степени очистки металла он переключает направление вращения барабана и производит выгрузку концентрата в специальный бункер.

Claims (8)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ переработки отвального шлака, включающий стадийно повторяющиеся операции дробления, воздушной сепарации и сортировки шлака по крупности на перфорированной поверхности с отбором металла из надрешетной фракции, а также избирательное измельчение материала на заключительной стадии, отличающийся тем, что дробление на каждой стадии переработки проводят в режиме избирательного измельчения материала в слое, а воздушную сепарацию производят путем принудительного смешивания материала с регулируемым потоком воздуха.
2. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздушную сепарацию и сортировку шлака по крупности совмещают.
3. 3. Способ по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что избирательное измельчение материала совмещают с воздушной сепарацией.
4. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что переработку шлака осуществляют в одну стадию на установках, содержащих мельницу и воздушный сепаратор.
5. 5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что образующуюся в процессе воздушной сепарации пылевоздушную смесь подвергают дополнительной сепарации с целью извлечения полезных компонентов.
6. 6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что извлеченный из пылевоздушного потока в процессе дополнительной сепарации материал подвергают повторному измельчению и сепарации.

   - 4 019937
7. 7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что переработку мелких фракций шлака до 10 мм осуществляют в одну стадию, при этом избирательное измельчение материала проводят в валковом прессе с последующим разрушением образовавшейся полосы измельченного материала перед воздушной сепарацией.
8. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что разрушение полосы измельченного материала проводят в процессе воздушной сепарации при смешивании материала с регулируемым потоком воздуха.

   4^^ Евразийская патентная организация, ЕАПВ

   Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2