PL167228B1 - Sposób wstępnego przerobu odpadów ocynkowanych blach stalowych - Google Patents

Abstract

Sposób wstępnego przerobu odpadów ocynkowanych blach stalowych, znamienny tym, że odpady ocynkowanych blach stalowych poddaje się procesowi prażenia w piecu obrotowym, do którego odpady te, korzystnie po ich uprzednim rozdrobnieniu, wprowadza się w przeciwprądzie do gazów spalinowych, przy czym proces prażenia prowadzi się w temperaturze 870 -1270 K w atmosferze utleniającej w czasie 30 - 90 minut, a powyprażeniu odpady schładza się i kieruje do młyna, gdzie usuwa się powstałąw procesie prażenia warstwę zendry zawierającą tlenek cynku oraz tlenki żelaza ijako frakcję drobnoziarnistą drogą przesiewania oddziela od frakqi gruboziarnistej, którą stanowią odcynkowane odpady stalowe stosowane następnie jako wsad do wytopu staliwa, a zendrę przerabia się dalej w kierunku odzysku z niej cynku lub wykorzystuje jako półprodukt w różnych dziedzinach produkqi, natomiast cynk odparowany w procesie prażenia a następnie utlenionyw atmosferze pieca do tlenku cynku, unoszonywraz z gazami spalinowymi odbiera sięwpostaci pyłu z urządzeń odpylających ciągu spalinowego ijako koncentrat cynkowy przerabia się dalej znanymi sposobami.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wstępnego przerobu odpadów ocynkowanych blach stalowych, zwłaszcza odpadów z procesu wycinania karoserii samochodowych, przed ich przetopem na staliwo.

Odpady i ścianki ocynkowanych blach stalowych mają na ogół długość: 200 -1800 mm, grubość 0,6 - 2 mm, szerokość 40 - 400 mm i zawierają w procentach wagowych 0,8-3% cynku. Grubość warstwy cynku naniesionego na blachę stalową wynosi 5-20 ^wm. Pod warstwą cynku znajduje się druga warstwa składająca się z roztworów stałych żelaza w cynku, stopów żelazo-cynk i roztworów stałych cynku w żelazie o łącznej grubości 20 - 50 /im.

Powłoki cynkowe różnią się między sobą w zależności od sposobu ich wytwarzania. Generalnie powłoki cynkowe naniesione ogniowo na blachy stalowe są przeważnie grubsze od powłok cynkowych naniesionych elektrolitycznie. Przy tych samych grubościach powłoki cynkowe na blachach stalowych naniesione elektrolitycznie wykazują lepszą przyczepność do stali i wyższą odporność na korozję aniżeli powłoki cynkowe wytwarzane ogniowo.

Znany sposób przerobu ocynkowanych blach stalowych polega na ich paczkowaniu i przetopie w piecach elektrycznych na staliwo przeznaczone do walcowania, przy czym proces przetopu prowadzi się w zakresie temperatur 1073-2273 K.

Niedogodnością tego sposobu jest bardzo duże zapylenie gazów z pieca elektrycznego, będące wynikiem spalania się cynku, a także częściowe przechodzenie cynku do staliwa i pogorszenie jego przydatności do odlewania i walcowania.

Sposób według wynalazku polega na tym, że odpady ocynkowanych blach stalowych poddaje się procesowi prażenia w piecu obrotowym, do którego odpady wprowadza się w przeciwprądzie do gazów spalinowych, przy czym korzystnie przed wprowadzeniem do pieca odpady rozdrabnia się tak, aby najdłuższa krawędź kawałków blach nie przekraczała 200 mm.

Proces prażenia prowadzi się w temperaturze 870 -1270 K w czasie 30 - 90 minut w atmosferze utleniającej w przestrzeni piecowej i w warstwie wsadu.

167 228

Atmosferę tę utrzymuje się przez odpowiedni dobór ilości powietrza i paliwa do palnika oraz przez kontrolę i regulację ilości powietrza zasysanego przez piec.

W trakcie procesu prażenia z reguły część cynku pokrywającego blachy stalowe paruje, a pary cynku spalają się w utleniającej* atmosferze przestrzeni piecowej tworząc tlenek cynku, natomiast pozostała część utlenia się do nielotnego tlenku cynku ZnO i pozostaje na powierzchni blachy. Cienkie warstwy cynku w warunkach panujących w piecu obrotowym odparowują w całości. Po odparowaniu i utlenieniu powierzchniowej warstwy cynku rozpoczyna się proces utleniania żelaza i cynku zawartego w stałych roztworach żelaza w cynku, w stałych roztworach cynku w żelazie i w stopach żelazo-cynk, dzięki dyfuzji tlenu, dwutlenku węgla i pary wodnej przez utlenioną porowatą warstwę tlenku cynku znajdującą się na powierzchni blachy stalowej.

Żelazo wchodzące w skład stałych roztworów żelaza w cynku, stałych roztworów cynku w żelazie i w stopach żelazo-cynk utlenia się do mieszaniny tlenków: wustytu FeO, magnetytu Fe₃O4, hematytu Fe2O3, przy czym najbliżej powierzchni metalicznego żelaza znajduje się najwięcej wustytu, a najdalej od powierzchni metalicznej żelaza występuje najwięcej hematytu.

Warstwa tlenków cynku i żelaza tworzy tzw. zendrę na powierzchni odpadów ocynkowanych blach stalowych.

W wyniku procesu prażenia prowadzonego zgodnie z wynalazkiem następuje praktycznie całkowite odparowanie i utlenienie powierzchniowej warstwy cynku oraz utlenienie znajdujących się pod nią warstw stałych roztworów żelaza w cynku, stopów cynk-żelazo i stałych roztworów cynku w żelazie.

Wyprażone odpady schładza się początkowo w piecu z temperatury 870 - 1270 K do odpowiednio 770 - 1120 K powietrzem zasysanym do pieca. Odbywa się to w strefie chłodzenia pieca znajdującej się za strefą reakcji.

Po wyprowadzeniu z pieca odpady schładza się dalej znanymi sposobami, na przykład przez przedmuchiwanie powietrzem lub metodą swobodnego chłodzenia.

Następnie odpady kieruje się do młyna, korzystnie do młyna bębnowego samomielącego lub młyna bębnowego prętowego, gdzie usuwa się z powierzchni odpadów powstałą w procesie prażenia warstwę zendry, składającą się z mieszaniny tlenków żelaza: wustytu FeO, magnetytu Fe₃O4 i hematytu Fe₃O₃ z przewagą tych dwu ostatnich oraz z tlenku cynku ZnO.

Zmieloną zendrę o ziarnistości do 5 mm jako frakcję drobnoziarnistą oddziela się przez przesiewanie od frakcji gruboziarnistej, którą stanowią odcynkowane odpady stalowe. Odpady te stanowią wsad do wytopu staliwa.

Zendrę wykorzystuje się w różny sposób, na przykład jako obciążnik do wytwarzania tzw. cieczy ciężkich, do produkcji czerwieni żelazowej, do barwienia tynków, do przerobu na koncentrat cynkowy.

Natomiast cynk odparowany w procesie prażenia a następnie utleniony w atmosferze pieca do tlenku cynku, unoszony wraz z gazami spalinowymi, odbiera się w postaci pyłu z urządzeń odpylających ciągu spalinowego (komory pyłowej pieca, chłodnicy gazów spalinowych, układu odpylającego, najkorzystniej filtra tkaninowego) i jako wysokojakościowy koncentrat cynkowy przerabia się dalej znanymi sposobami na cynk, siarczan cynku, biel cynkową lub inne związki cynku.

Sposób według wynalazku pozwala na głębokie usunięcie cynku z odpadów ocynkowanych blach stalowych przed procesem ich przetopienia na staliwo w piecu elektrycznym. Wpływa to na wyeliminowanie w procesie wytapiania staliwa emisji szkodliwych substancji pochodzących ze spalania cynku i pozwala na uzyskanie staliwa wysokiej jakości.

Sposób według wynalazku jest technologią bezodpadową, umożliwia pełne zagospodarowanie produktów powstających w tym procesie i wykorzystanie cynku z odpadów. Sposób ten nie stwarza zagrożenia dla środowiska, gdyż gazy spalinowe opuszczające piec obrotowy nie zawierają substancji szkodliwych dla otoczenia, takichjak siarka, tlenek węgla, węglowodory. Przedmiot wynalazku wyjaśniono dokładniej na poniższych przykładach.

167 228

Przykład I. Ścianki ocynkowanych ogniowo blach stalowych pochodzące z wycinania karoserii samochodowych mają grubość 1,2 mm, długość 300 - 1500 mm i szerokość 30 - 300 mm.

Grubość warstwy cynku naniesionego ogniowo na blachę stalową wynosi 15 μ m. Grubość warstwy roztworów stałych żelaza w cynku, roztworów stałych cynku w żelazie i stopów żelazo-cynk znajdujących się bezpośrednio pod warstwą tynku wynosi 40 μ m. Średnio wagowo odpady te zawierają cynku 1,3%, żelaza 98,7%.

Ścinki rozdrabnia się na nieregularne płaszczyzny o najdłuższej krawędzi 100 mm w maszynie strzępiącej typu Shredder. Rozdrobnione ścinki podaje się do zbiornika wsadowego pieca obrotowego, skąd są dozowane w sposób ciągły nadawą taśmową do rynny wsadowej, którą kierowane są do pieca obrotowego od strony górnej j'ego końcówki. Piec wymurowany jest cegłą ogniotrwałą, pochylony względem poziomu 1,8° i obraca się z szybkością 0,6 obrotu/min. Od strony dolnej końcówki piec opalany jest palnikiem zasilanym gazem opałowym. Do palnika podaje się gorące powietrze, które nagrzewane jest w rekuperatorze rurowym znajdującym się w komorze pyłowej pieca obrotowego. Kaloryczność gazu podawanego do palnika pieca wynosi 6000 kcal/Nm³. Gazy spalinowe ze spalania gazu opałowego zawierające dwutlenek węgla, parę wodną, azot i tlen przepływają w przeciwprądzie do materiału i nagrzewają wsad. Zawartość tlenu w przestrzeni piecowej wynosi 12% objętościowych. Dzięki ruchowi obrotowemu pieca i jego pochyleniu w stosunku do poziomu wsad w piecu przesuwa się w stronę dolnej końcówki pieca.

Przy nagrzewaniu wsadu w piecu do temperatury 373 K następuje odparowanie wilgoci, a po nagrzaniu wsadu do temperatury 692,4 K następuje stopienie cynku i rozpoczyna się proces parowania cynku oraz utleniania jego par w przestrzeni gazowej pieca. W miarę wzrostu temperatury we wsadzie wzrasta prężność pary nasyconej cynku nad stopionym cynkiem i zwiększa się intensywność parowania cynku. W temperaturze wyższej od temperatury topnienia cynku zachodzą równocześnie następujące procesy: parowanie cynku, utlenianie par cynku w atmosferze pieca, utlenianie ciekłego cynku znajdującego się na powierzchni blachy stalowej, utlenianie ciekłych roztworów żelaza w cynku, utlenianie stałych roztworów cynku w żelazie i stopów żelazo-cynk. W temperaturze 1190,2 K tj. w temperaturze wrzenia cynku odparowuje cały cynk metaliczny znajdujący się na powierzchni ścinków. Nagrzewanie wsadu prowadzi się do temperatury 1270 K, w której wytrzymuje się wsad przez 60 minut. Przy temperaturze 1270 K w strefie reakcji, temperatura gazów w komorze pyłowej pieca wynosi 870 - 920 K. Do strefy reakcji i w strefie reakcji odparowuje lub utlenia się w całości warstwa cynku znajdująca się na ściankach oraz 38 μ m tj. 95% grubości pierwotnej warstwy stałych roztworów żelaza w cynku, stałych roztworów cynku w żelazie i stopów żelazo-cynk.

Cynk utlenia się do tlenku cynku. Żelazo zawarte w stałych roztworach z cynkiem i stopach żelazo-cynk utlenia się do wustytu FeO, magnetytu Fe3O< i hematytu Fe2O3. Ze strefy reakcji ścinki cynkowanych blach stalowych przechodzą do strefy chłodzenia, w której schładzają się do temperatury 1120 K od zasysanego do pieca powietrza. W strefie chłodzenia w piecu obrotowym następuje dotlenienie pozostałych 5% tj. 2 /rm grubości pierwotnej warstwy stałych roztworów żelaza w cynku, stałych roztworów cynku w żelazie i stopów żelazo-cynk. Wytworzona na powierzchni ścinków ocynkowanej blachy stalowej warstwa tlenkowa tzw. zendra luźno przylega do powierzchni blachy stalowej i składa się z tlenku cynku ZnO, wustytu FeO, magnetytu Fe3O4, hematytu Fe2O3. Wyprażone ścinki blachy stalowej schłodzone do temperatury 1120 K są gromadzone w pojemniku z dnem rusztowym umieszczonym w komorze palnikowej pieca obrotowego. Przez dno rusztowe nadmuchuje się powietrze, które schładza ścinki blachy do temperatury 470 K. Nagrzane powietrze jest zasysane do pieca obrotowego.

Dalsze schładzanie wyprażonych ścinków blachy stalowej z temperatury 470 K do temperatury 300 K następuje w chłodniku bębnowym obrotowym przez spryskiwanie ich wodą. Po schłodzeniu ścinki blachy stalowej kieruje się do młyna bębnowego samomielącego, w którym usuwa się z nich powierzchniową warstwę zendry. Zmielona zendra przechodzi przez perforowane dno młyna i w ten sposób jest oddzielana od odcynkowanych

167 228 ścinków blach, które są odbierane jako nadziarno z młyna. Odcynkowane blachy stalowe zawierające 0,005% wagowych cynku są kierowane do przetopu w piecach łukowych na staliwo do odlewania i walcowania.

Zendra o ziarnistości do 1 mm zawierająca wagowo 2,8% cynku jest wykorzystywana jako obciążnik do wytwarzania tzw. cieczy ciężkich stosowanych do wzbogacania kopalin. Bilansowo uzysk cynku w zendrze wynosi 64,19% wagowych.

Z kolei cynk odparowany w trakcie procesu prażenia, utleniony w atmosferze pieca do tlenku cynku, jest unoszony z pieca przez gazy spalinowe i wraz z niewielką ilością tlenków żelaza dostających się do strugi przepływających gazów spalinowych wskutek porywania mechanicznego, wyprowadzanyjest z pieca przez komorę pyłową i chłodnicę do filtra tkaninowego. W filtrze następuje oddzielenie pyłów od gazów spalinowych. Pyły z filtra zawierają 62% wagowych cynku.

Pył z komory pyłowej pieca znajdującej się za piecem od strony górnej jego końcówki oraz pyły z chłodnicy znajdującej się przed filtrem łączy się z pyłami z filtrów i stanowią one koncentrat cynkowy o średniej zawartości cynku 58% wagowych. Koncentrat cynkowy przerabiany jest dalej znaną metodą na cynk metaliczny. Łącznie w pyłach z filtra, z chłodnicy i komory pyłowej pieca bilansowo gromadzi się 35,4% wagowych cynku zawartego w odpadach ocynkowanej blachy stalowej.

Przykładl!. Ocynkowane elektrolitycznie ścinki blachy stalowej stanowiące odpad z operacji wycinania karoserii samochodowych posiadają grubość 0,8 mm, długości 300 1500 mm i szerokości 50 - 300 mm. Grubość warstwy cynku naniesionego elektrolitycznie na blachę stalową wynosi 8 μ m. Grubość warstwy roztworów stałych żelaza w cynku, roztworów stałych cynku w żelazie i stopów żelazo-cynk znajdujących się pomiędzy warstwą cynku, a warstwą żelaza wynosi 28 μ m. Średnio wagowo ocynkowana blacha stalowa zawiera: 1,58% cynku i 98,42% żelaza. Ścinki rozdrabnia się na nieregularne płaszczyzny o najdłuższej krawędzi 80 mm w gilotynie mechanicznej.

Magazynowane na otwartym terenie pocięte ścinki czerpakiem suwnicy przenosi się do zbiornika przejściowego umieszczonego nad taśmociągiem, którym podawane są do zbiornika wsadowego pieca obrotowego. Ze zbiornika wsadowego ścinki są dozowane w sposób ciągły nadawą taśmową do rynny wsadowej pieca obrotowego, którą kierowane są do pieca obrotowego od strony górnej jego końcówki. Piec wymurowany jest cegłą ogniotrwałą, pochylony względem poziomu 1,8° i obraca się z szybkością 0,6 obr./minutę. Od strony dolnej końcówk' piec opalany jest palnikiem zasilanym gazem opałowym. W dolnej końcówce pieca w strefie najwyższych temperatur utrzymuje się temperaturę 873 K. Gazy spalinowe ze spalania gazu opałowego, zawierające dwutlenek węgla, parę wodną, azot i tlen, przepływają w przeciwprądzie do materiału nagrzewając wsad. Zawartość tlenu w przestrzeni piecowej wynosi 16% objętościowych.

Wsad w piecu przesuwa się od strony górnej jego końcówki w stronę dolnej dzięki ruchowi obrotowemu pieca i pochyleniu pieca względem poziomu. Po zawsadowaniu materiał w piecu najpierw suszy się a następnie nagrzewa. Po osiągnięciu temperatury 692,4 K następuje stopienie cynku na powierzchni blachy i rozpoczyna się proces parowania cynku i utleniania jego par w atmosferze pieca.

Intensywność parowania cynku rośnie wraz z temperaturą. Powyżej temperatury topnienia cynku na ocynkowanych ścinkach blach stalowych zachodzą równocześnie następujące procesy: parowanie cynku, utlenianie par cynku w atmosferze pieca, utlenianie ciekłego cynku na powierzchni blachy, utlenianie ciekłych roztworów żelaza w cynku, utlenianie stałych roztworów cynku w żelazie i utlenianie stopów żelazo-cynk.

Podgrzewanie wsadu prowadzi się do temperatury 973 K i 'w tej temperaturze wytrzymuje wsad przez 90 minut. Przy temperaturze 973 K w strefie reakcji temperatura gazów w komorze pyłowej wnosi 673 - 773 K. W strefie reakcji cynk znajdujący się na powierzchni blachy stalowej oraz w roztworach i stopach utlenia się do tlenku cynku ZnO, natomiast żelazo utlenia się do wustytu FeO, magnetytu Fe₃O4 i do hematytu Fe2O₃. Po opuszczeniu strefy reakcji ścinki ocynkowanych blach stalowych przechodzą do strefy chłodzenia, w której schładzają się do temperatury 843 K od zasysanego do pieca powietrza.

161228

W strefie chłodzenia następuje jeszcze dotlenienie roztworów żelaza w cynku, roztworów stałych cynku w żelazie oraz stopów żelazo-cynk.

Wytworzona na powierzchni ścinków ocynkowanej blachy stalowej warstwa tlenkowa tzw. zendra luźno przylega do powierzchni blachy stalowej i składa się z tlenku cynku ZnO, wustytu FeO, magnetytu Fe3O4, hematytu Fe2O3. Wyprażone ścinki blachy stalowej o temperaturze 843 K zbiera się w pojemniku z dnem rusztowym umieszczonym w komorze palnikowej pieca. Przez dno rusztowe nadmuchuje się powietrze do pojemnika, które schładza ścinki blachy do temperatuiy 470 K. Nagrzane powietrze jest zasysane do pieca obrotowego. Następnie ścinki blachy przenosi się wraz z pojemnikiem z komory palnikowej i chłodzi w sposób swobodny do temperatury 300 K. Schłodzone ścinki blachy stalowej kieruje się do młyna bębnowego prętowego, w którym usuwa się zendrę z powierzchni blachy. Zmielona zendra z młyna przechodzi przez sito szczelinowe o szerokości szczeliny 1 mm umieszczone w przeponie młyna i w ten sposób jest oddzielana od odcynkowanych ścinków blach. Ścinki blachy stalowej odbierane jako nadziarno z młyna, zawierają 0,032% wagowych cynku i są wykorzystywane do przetopu w piecach łukowych na staliwo do odlewania i walcowania. Zmielona zendra o ziarnistości do 1 mm odbierana jako podziarno z młyna zawiera 27,11% wagowych cynku i jest kierowana do procesu wytopu kamienia miedziowego w piecu szybowym.

Bilansowo uzysk cynku w zendrze wynosi 75% wagowych w stosunku do cynku zawartego w ocynkowanych blachach stalowych.

Natomiast tlenek cynku powstający w wyniku utleniania w atmosferze pieca par cynku jest unoszony z pieca przez gazy spalinowe i wraz częścią tlenków żelaza, dostających się do strugi przepływających gazów spalinowych wskutek porywu mechanicznego, wyprowadzany jest z pieca przez komorę pyłową i chłodnicę do filtra tkaninowego. W filtrze pyły są oddzielane od gazów. Pył z filtra zawiera 61% wagowych cynku. Pyły z komory pyłowej, chłodnicy i filtra łączy się razem i stanowią one koncentrat cynkowy zawierający 57% cynku, który przerabia się znanymi metodami na cynk metaliczny.

W pyłach łącznie gromadzi się bilansowo 23% cynku zawartego we wsadzie.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 1,00 zł.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób wstępnego przerobu odpadów ocynkowanych blach stalowych, znamienny tym, że odpady ocynkowanych blach stalowych poddaje się procesowi prażenia w piecu obrotowym, do którego odpady te, korzystnie po ich uprzednim rozdrobnieniu, wprowadza się w przeciwprądzie do gazów spalinowych, przy czym proces prażenia prowadzi się w temperaturze 870 - 1270Kw atmosferze utleniającej w czasie 30 - 90minut, a po wyprażeniu odpady schładza się i kieruje do młyna, gdzie usuwa się powstałą w procesie prażenia warstwę zendry zawierającą tlenek cynku oraz tlenki żelaza i jako frakcję drobnoziarnistą drogą przesiewania oddziela od frakcji gruboziarnistej, którą stanowią odcynkowane odpady stalowe stosowane następnie jako wsad do wytopu staliwa, a zendrę przerabia się dalej w kierunku odzysku z niej cynku lub wykorzystuje jako półprodukt w różnych dziedzinach produkcji, natomiast cynk odparowany w procesie prażenia a następnie utleniony w atmosferze pieca do tlenku cynku, unoszony wraz z gazami spalinowymi odbiera się w postaci pyłu z urządzeń odpylających ciągu spalinowego i jako koncentrat cynkowy przerabia się dalej znanymi sposobami.