RU2403302C1

RU2403302C1 - Method of continuous processing of iron-zinc containing dusts and slurries

Info

Publication number: RU2403302C1
Application number: RU2010105386A
Authority: RU
Inventors: Валерий Михайлович Колокольцев (RU); Валерий Михайлович Колокольцев; Вахит Абдрашитович Бигеев (RU); Вахит Абдрашитович Бигеев; Салават Камилович Сибагатуллин (RU); Салават Камилович Сибагатуллин; Антон Владимирович Пантелеев (RU); Антон Владимирович Пантелеев
Priority date: 2010-02-15
Filing date: 2010-02-15
Publication date: 2010-11-10

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: method involves preliminary heat treatment of mixture of base material and reducer till moisture content is not more than 0.05%. At that, preliminary heat treatment is performed in weakly reducing medium at temperature of 550-850°C, in which content of gases of carbon dioxide (CO₂) and carbon monoxide (CO) complies with the condition CO₂:(CO+CO₂)=0.5-0.9. Then treated mixture is supplied to fixed tube furnace in the form of solid flow along furnace section and reducing firing of mixture is performed without air access at controlled temperature by contact-free heating of mixture with fuel combustion products and with separate production of zinc product and metallised iron containing product. At that, contact-free heating is performed from unloading zone of furnace in the direction opposite to mixture flow movement direction. At that, heating temperature is controlled in mixture flow direction by its monotone increase from 500-800°C to 1100-1150°C.

EFFECT: decreasing flow rate of reducing agent and fuel for production of zinc and metallised iron containing product at simultaneous environmental safety by utilising production wastes.

2 cl, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано для переработки железоцинкосодержащих материалов, являющихся отходами производств, например, пылей и шламов газоочисток доменных, электросталеплавильных и мартеновских печей, а также конвертеров.The invention relates to the field of ferrous metallurgy and can be used for processing iron-zinc-containing materials, which are waste products, for example, dust and sludge from gas treatment blast furnaces, electric furnace and open-hearth furnaces, as well as converters.

Известен способ переработки доменного и сталеплавильного шлама, включающий восстановительный обжиг, осуществляемый во вращающейся печи с добавкой твердого восстановителя при температуре 950-1100°С, и последующее получение железосодержащего продукта и цинкового продукта (см. патент США №4213778, С21В 3/04).A known method of processing blast furnace and steelmaking sludge, including reducing firing, carried out in a rotary kiln with the addition of a solid reducing agent at a temperature of 950-1100 ° C, and the subsequent production of an iron-containing product and a zinc product (see US patent No. 4213778, C21B 3/04).

Недостатком известного способа является большой расход восстановителя из-за низкой степени использования тепловой и химической энергии газов в печи, в результате чего общее количество углерода в шихте превышает в 1,5-2 раза стехиометрически необходимое количество. Кроме того, известный способ имеет низкую экологическую безопасность, так как не предусматривает утилизацию выбрасываемых в атмосферу вредных отработанных газов.The disadvantage of this method is the high consumption of reducing agent due to the low degree of use of thermal and chemical energy of gases in the furnace, as a result of which the total amount of carbon in the charge exceeds 1.5-2 times the stoichiometrically necessary amount. In addition, the known method has low environmental safety, since it does not provide for the disposal of harmful exhaust gases emitted into the atmosphere.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ непрерывной переработки железоцинкосодержащих пылей и шламов, включающий предварительную термическую обработку смеси исходного материала и восстановителя до содержания влаги не более 0,05%, подачу обработанной смеси в трубчатую печь, в которой осуществляют восстановительный обжиг смеси без доступа воздуха при регулируемой температуре путем бесконтактного нагрева смеси продуктами горения топлива, и последующее раздельное получение цинкового продукта и металлизованного железосодержащего продукта. При этом предварительную обработку смеси ведут при температуре не менее 400°С, восстановительный обжиг ведут во вращающейся трубчатой печи путем бесконтактного нагрева смеси топочными газами, подаваемыми в теплообменник, вмонтированный во внутреннее пространство печи (см. патент РФ №2280087, С22В 19/30, С22В 19/38, С22В 7/02).The closest analogue to the claimed object is a method for the continuous processing of iron-zinc dusts and sludges, including preliminary heat treatment of the mixture of the starting material and reducing agent to a moisture content of not more than 0.05%, feeding the treated mixture to a tube furnace, in which the mixture is re-fired without access to air at a controlled temperature by contactless heating of the mixture with the products of fuel combustion, and subsequent separate production of the zinc product and metallized iron product. In this case, the preliminary processing of the mixture is carried out at a temperature of at least 400 ° C, the re-firing is carried out in a rotary tube furnace by non-contact heating of the mixture by the flue gases supplied to a heat exchanger mounted in the interior of the furnace (see RF patent No. 2280087, C22B 19/30, С22В 19/38, С22В 7/02).

Недостатком известного способа является высокий расход топлива и восстановителя на получение цинкового и металлизованного железосодержащего продуктов. Это происходит в результате того, что восстановительный обжиг перерабатываемой смеси осуществляется в зональном режиме, обусловленном необходимостью поддержания высокой температуры смеси по всей длине трубчатой печи, в связи с чем для совместного восстановления оксидов железа (Fe₂O₃, Fe₃O₄ и FeO) требуется большое количество восстановителя. Высокий расход топлива в известном способе является также результатом низкоэффективного использования его энергии во вращающейся печи за счет низкого коэффициента заполнения последней.The disadvantage of this method is the high fuel consumption and reducing agent for obtaining zinc and metallized iron-containing products. This is due to the fact that the re-firing of the processed mixture is carried out in the zonal mode, due to the need to maintain a high temperature of the mixture along the entire length of the tube furnace, and therefore for the joint reduction of iron oxides (Fe ₂ O ₃ , Fe ₃ O ₄ and FeO) A large amount of reducing agent is required. The high fuel consumption in the known method is also the result of low-efficient use of its energy in a rotary kiln due to the low filling factor of the latter.

Кроме того, известный способ не обладает экологической безопасностью из-за отсутствия утилизации вредных газо- и парообразных отходов, образующихся в процессе переработки железоцинкосодержащих пылей и шламов, в результате чего угарный газ и остаточные пары цинка выбрасываются в атмосферу.In addition, the known method does not have environmental safety due to the lack of disposal of harmful gas and vapor waste generated during the processing of iron-zinc dust and sludge, as a result of which carbon monoxide and residual zinc vapors are released into the atmosphere.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в снижении расхода восстановителя и топлива на получение цинкового и металлизованного железосодержащего продуктов при одновременном обеспечении экологической безопасности способа путем утилизации отходов производства.The technical problem solved by the invention is to reduce the consumption of reducing agent and fuel for the production of zinc and metallized iron-containing products while ensuring environmental safety of the method by utilizing production wastes.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе непрерывной переработки железоцинкосодержащих пылей и шламов, включающем предварительную термическую обработку смеси исходного материала и восстановителя до содержания влаги не более 0,05%, подачу обработанной смеси в трубчатую печь, в которой ведут восстановительный обжиг смеси без доступа воздуха при регулируемой температуре путем бесконтактного нагрева смеси продуктами горения топлива, и последующее раздельное получение цинкового продукта и металлизованного железосодержащего продукта, согласно изобретению предварительную термическую обработку смеси исходного материала и восстановителя осуществляют в слабовосстановительной среде с температурой 550-850°С, в которой содержание газов диоксида углерода (СО₂) и монооксида углерода (СО) задают из условия CO₂:(СО+CO₂)=0,5-0,9, после чего обработанную смесь подают в неподвижную трубчатую печь сплошным по сечению печи потоком, а бесконтактный нагрев потока смеси продуктами горения топлива ведут от разгрузочной зоны печи в направлении, противоположном направлению движения потока смеси, при этом по ходу движения потока температуру нагрева смеси регулируют путем монотонного увеличения ее от 500-800 до 1100-1150°С.The problem is solved in that in the known method for the continuous processing of iron-zinc dusts and sludges, including preliminary heat treatment of the mixture of the starting material and reducing agent to a moisture content of not more than 0.05%, feeding the treated mixture to a tube furnace, in which the mixture is re-fired without access air at a controlled temperature by contactless heating of the mixture with fuel combustion products, and the subsequent separate production of a zinc product and metallized iron According to the invention, the preliminary heat treatment of the mixture of the starting material and the reducing agent is carried out in a weakly reducing medium at a temperature of 550-850 ° C, in which the content of carbon dioxide (CO ₂ ) and carbon monoxide (CO) gases is set from the condition CO ₂ : (CO + CO ₂ ) = 0.5-0.9, after which the treated mixture is fed into a stationary tube furnace with a stream continuous over the furnace cross section, and contactless heating of the mixture stream by fuel combustion products is conducted from the discharge zone of the furnace in the direction opposite to the direction of movement the flow of the mixture, while in the direction of the flow, the heating temperature of the mixture is controlled by monotonously increasing it from 500-800 to 1100-1150 ° C.

При этом слабовосстановительную среду получают смешением газо- и парообразных отходов осаждения цинкового конденсата с газообразными остаточными продуктами горения топлива.In this case, a poorly reducing medium is obtained by mixing gas and vaporous waste products of the deposition of zinc condensate with gaseous residual products of fuel combustion.

Заявляемый способ непрерывной переработки железоцинкосодержащих пылей и шламов осуществляют следующим образом.The inventive method for the continuous processing of iron-zinc dust and sludge is as follows.

В подготовленную для переработки смесь железоцинкосодержащих материалов, являющихся отходами производств, например пылей и шламов газоочисток доменных, и/или электросталеплавильных, и/или мартеновских печей, и/или конвертеров, вводят в заданном количестве восстановитель в виде угля, нефтекоксовой мелочи или металлургического коксика. При этом расход восстановителя определяют из условия превышения в 1,2-1,3 раза его количества по сравнению с минимальной потребностью по стехиометрическим соотношениям с учетом наличия части восстановителя в исходных железоцинкосодержащих материалах. Затем в любой известной печи, например, циклонной или трубчатой, приготовленную смесь исходного материала и восстановителя подвергают предварительной термической обработке в слабовосстановительной среде до содержания влаги в смеси не более 0,05%. При этом слабовосстановительная среда имеет температуру 550-850°С и состоит из смеси газо- и парообразных отходов, образуемых в процессе осаждения цинкового конденсата, и газообразных остаточных продуктов горения топлива, полученных после бесконтактного нагрева перерабатываемой смеси. При смешении указанных отходов содержание газов диоксида углерода (СО₂) и монооксида углерода (СО) в заявляемой слабовосстановительной среде задают из условия СО₂:(СО+СО₂)=0,5-0,9.A reducing agent in the form of coal, petroleum coke fines or metallurgical coke is introduced into a mixture of iron-zinc-containing materials prepared as a waste product, for example, dusts and sludges from gas purification blast furnaces, and / or electric steel furnaces, and / or open-hearth furnaces, and / or converters. At the same time, the consumption of the reducing agent is determined from the condition that its amount is exceeded by 1.2-1.3 times compared with the minimum requirement according to stoichiometric ratios, taking into account the presence of a part of the reducing agent in the initial iron-zinc-containing materials. Then, in any known furnace, for example, cyclone or tubular, the prepared mixture of the starting material and reducing agent is subjected to preliminary heat treatment in a weakly reducing medium until the moisture content in the mixture is not more than 0.05%. In this case, the weakly reducing medium has a temperature of 550-850 ° C and consists of a mixture of gas and vapor waste generated during the deposition of zinc condensate and gaseous residual products of fuel combustion obtained after non-contact heating of the processed mixture. When mixing these wastes, the gas content of carbon dioxide (CO ₂ ) and carbon monoxide (CO) in the inventive weakly reducing medium is set from the condition of CO ₂ : (CO + CO ₂ ) = 0.5-0.9.

Предварительная термическая обработка смеси исходного материала и восстановителя в заявляемой слабовосстановительной среде вышеуказанного состава и температуры приводит к восстановлению Fe₂O₃ до Fe₃O₄ и, частично, Fe₂O₄ до Fe₃O₄ по реакциям:Preliminary heat treatment of the mixture of the starting material and the reducing agent in the inventive weakly reducing medium of the above composition and temperature leads to the reduction of Fe ₂ O ₃ to Fe ₃ O ₄ and, partially, Fe ₂ O ₄ to Fe ₃ O ₄ according to the reactions:

.

В последующем процессе металлизации и обесцинкования перерабатываемых железосодержащих пылей и шламов это позволит значительно уменьшить потребность в топливе и восстановителе, повысить степень удаления цинка и степень металлизации железа за счет уменьшения количества кислорода, переводимого в газ, и одновременно с этим обеспечить экологическую безопасность заявляемого способа.In the subsequent process of metallization and dezincification of processed iron dusts and sludges, this will significantly reduce the need for fuel and a reducing agent, increase the degree of removal of zinc and the degree of metallization of iron by reducing the amount of oxygen transferred to gas, and at the same time ensure the environmental safety of the proposed method.

Проводить предварительную термическую обработку смеси в слабовосстановительной среде с температурой меньше 550°С и при содержании в ней газов CO₂ и СО в соотношении CO₂:(СО+CO₂) больше 0,9 нецелесообразно, так как в этом случае восстановление Fe₂O₃ до Fe₃O₄ и Fe₃O₄ до FeO не происходит и поэтому на последующий восстановительный обжиг перерабатываемая смесь поступит с повышенным содержанием кислорода в оксидах железа, что приведет к повышению расхода топлива и восстановителя, а также к снижению степени удаления цинка и металлизации железа.Is prebaked mixture in weakly reducing atmosphere having a temperature less than 550 ° C and at a content therein gases CO ₂ and CO in the ratio of CO _2: (CO + CO ₂₎ is greater than 0.9 is impractical, since in this case the recovery of Fe ₂ O ₃ to Fe ₃ O ₄ and Fe ₃ O ₄ until FeO does not occur, and therefore, the recycle mixture will be fed to the subsequent re-firing with a high oxygen content in iron oxides, which will lead to an increase in fuel and reducing agent consumption, as well as to a decrease in the degree of zinc removal and metallization gland.

Проводить предварительную термическую обработку смеси исходного материала и восстановителя в слабовосстановительной среде с температурой, превышающей 850°С и при содержании в ней газов CO₂ и СО в соотношении CO₂:(СО+CO₂), меньшем 0,5, также нецелесообразно, так как в этом случае начинается восстановление цинка по реакциям ZnO+СО=Zn+CO₂ и ZnO+С=Zn+СО, в результате чего восстановленный цинк переходит в газ и выбрасывается в атмосферу. Это приведет к значительным потерям цинка и ухудшению экологии.To carry out preliminary heat treatment of the mixture of the starting material and the reducing agent in a weakly reducing medium with a temperature exceeding 850 ° C and with the content of CO ₂ and CO gases in it in the ratio of CO ₂ : (CO + CO ₂ ) less than 0.5 is also impractical, so as in this case, the reduction of zinc begins according to the reactions ZnO + СО = Zn + CO ₂ and ZnO + С = Zn + СО, as a result of which the reduced zinc is transferred to the gas and released into the atmosphere. This will lead to significant losses of zinc and environmental degradation.

После термической обработки в слабовосстановительной среде смесь, разогретую до температуры 500-800°С, самотеком подают в загрузочную зону неподвижной трубчатой печи, в которой осуществляют восстановительный обжиг смеси без доступа воздуха путем бесконтактного ее нагрева. Для этого смесь с температурой 500-800°С перемещают от загрузочной зоны неподвижной трубчатой печи в сторону ее разгрузочной зоны сплошным по сечению печи потоком, а бесконтактный нагрев потока перемещаемой смеси ведут от разгрузочной зоны печи в направлении, противоположном направлению движения потока, продуктами горения топлива, имеющими температуру 1200°С, которые подают в простенок, образованный между внутренней (рабочей) и наружной цилиндрическими стенками неподвижной трубчатой печи. В качестве топлива используют природный газ или уголь и кокс. Причем при использовании природного газа продукты горения с заданной температурой образуются в основном по реакции:After heat treatment in a weakly reducing medium, the mixture, heated to a temperature of 500-800 ° C, is fed by gravity to the loading zone of a stationary tube furnace, in which reductive roasting of the mixture without access of air is carried out by contactless heating. To do this, a mixture with a temperature of 500-800 ° C is moved from the loading zone of the stationary tubular furnace to the side of its discharge zone with a stream continuous in the furnace cross section, and the contactless heating of the flow of the mixture to be transported is carried out from the furnace discharge zone in the direction opposite to the direction of flow, with fuel combustion products having a temperature of 1200 ° C, which is fed into the wall formed between the inner (working) and outer cylindrical walls of the stationary tube furnace. The fuel used is natural gas or coal and coke. Moreover, when using natural gas, combustion products with a given temperature are formed mainly by the reaction:

,

а при использовании угля и кокса реакция образования продуктов горения имеет вид:and when using coal and coke, the reaction of the formation of combustion products has the form:

.

Кроме того, в неподвижной трубчатой печи по ходу движения потока смеси температуру нагрева последней регулируют путем монотонного увеличения от 500-800°С в загрузочной зоне печи и до 1100-1150°С в ее разгрузочной зоне.In addition, in a stationary tube furnace along the flow of the mixture, the heating temperature of the latter is controlled by monotonously increasing from 500-800 ° C in the loading zone of the furnace and to 1100-1150 ° C in its discharge zone.

Это приводит к тому, что уже в загрузочной зоне неподвижной печи в перерабатываемой смеси, разогретой до температуры 500-800°С, активизируется процесс последовательного восстановления железа по следующим реакциям:This leads to the fact that already in the loading zone of the stationary furnace in the processed mixture, heated to a temperature of 500-800 ° C, the process of sequential reduction of iron is activated by the following reactions:

,

.

По мере продвижения смеси к разгрузочной зоне печи скорость протекания реакций последовательного восстановления железа (5)-(8) возрастает за счет монотонно увеличивающейся при этом температуры разогрева смеси до 1100-1150°С по ходу ее движения. При этом доля железа, полученного по реакции восстановления (8), значительно возрастает по сравнению с реакцией (7), а в выделяемых при этом газах в виде монооксида и диоксида углерода возрастает концентрация СО. Таким образом, в неподвижной трубчатой печи в процессе восстановительного обжига смеси с заявляемыми режимами образуется металлизованный железосодержащий продукт.As the mixture moves to the discharge zone of the furnace, the rate of reactions of successive reduction of iron (5) - (8) increases due to the monotonously increasing temperature of the mixture heating to 1100-1150 ° С along its movement. In this case, the proportion of iron obtained by the reduction reaction (8) significantly increases compared to reaction (7), and the concentration of CO in the gases released in the form of carbon monoxide and carbon dioxide increases. Thus, in a stationary tube furnace in the process of re-firing the mixture with the claimed modes, a metallized iron-containing product is formed.

Одновременно с этим в неподвижной трубчатой печи происходит и восстановление оксида цинка, содержащегося в перерабатываемой смеси в виде ZnO, по следующим реакциям:At the same time, in a stationary tube furnace, zinc oxide contained in the processed mixture in the form of ZnO is also reduced by the following reactions:

,

.

Восстановленный цинк переходит в газ и находится в нем в парообразном состоянии совместно с СО и CO₂.Reduced zinc passes into the gas and is in it in a vapor state together with CO and CO ₂ .

Источником углерода (С) для проведения реакций (6), (8) и (10) служит восстановитель, введенный в состав исходной смеси. Источником монооксида углерода (СО) для проведения реакций (5), (7) и (9) служит СО, образующийся по реакциям (6), (8) и (10).The carbon source (C) for carrying out reactions (6), (8) and (10) is a reducing agent introduced into the initial mixture. The source of carbon monoxide (CO) for carrying out reactions (5), (7) and (9) is CO, formed by reactions (6), (8) and (10).

Увеличение скорости протекания вышеуказанных реакций восстановления оксида цинка также обеспечивается монотонным увеличением температуры разогрева потока смеси до 1100-1150°С по ходу его движения в печи. Это обеспечивает повышение доли цинка, получаемого по реакции (10).The increase in the rate of the above reactions of reduction of zinc oxide is also provided by a monotonic increase in the temperature of the heating of the mixture flow to 1100-1150 ° C in the direction of its movement in the furnace. This provides an increase in the proportion of zinc obtained by reaction (10).

Подавать в неподвижную трубчатую печь смесь с температурой разогрева меньше 500°С нецелесообразно, так как в этих условиях реакции восстановления Fe резко замедляются, а восстановление Zn не происходит, в результате чего исключается селективное разделение цинка и железа.It is impractical to feed a mixture into a stationary tube furnace with a heating temperature below 500 ° C, since under these conditions Fe reduction reactions sharply slow down and Zn reduction does not occur, as a result of which selective separation of zinc and iron is excluded.

Производить нагрев перерабатываемой смеси в неподвижной трубчатой печи с температурой, превышающей 1150°С, также нецелесообразно, так как при этом образуются железоцинковые соединения, затрудняющие перевод цинка в парообразное состояние. При этом перерабатываемая смесь переходит в вязкопластичное состояние, затрудняя как восстановление цинка, так и железа.It is also inexpedient to heat the processed mixture in a stationary tubular furnace with a temperature exceeding 1150 ° C, since iron-zinc compounds are formed that impede the conversion of zinc to a vapor state. At the same time, the processed mixture goes into a viscoplastic state, making it difficult to restore both zinc and iron.

Перемещение перерабатываемой смеси сплошным потоком по сечению неподвижной трубчатой печи позволяет максимально использовать энергию теплоносителя в процессе восстановительного обжига. Высокую степень использования энергии теплоносителя обеспечивает контакт всей внутренней поверхности неподвижной трубчатой печи с перерабатываемой смесью за счет непрерывного изменения ориентации частиц смеси относительно нагретой поверхности печи и относительно друг друга. Таким образом, перемешивание, разрыхление и изменение ориентации частиц смеси в процессе обжига значительно повышают скорость протекания реакций (5)-(10) восстановления железа и цинка.The movement of the processed mixture in a continuous stream over the cross section of a stationary tubular furnace allows maximum use of the energy of the coolant in the process of regenerative firing. A high degree of utilization of coolant energy is provided by contact of the entire inner surface of the stationary tubular furnace with the mixture being processed due to the continuous change in the orientation of the mixture particles relative to the heated surface of the furnace and relative to each other. Thus, mixing, loosening and changing the orientation of the particles of the mixture during the firing process significantly increase the rate of reactions (5) - (10) of the reduction of iron and zinc.

Длительность заявляемого восстановительного обжига в неподвижной трубчатой печи определяется из условия достижения заданной степени удаления цинка в пределах 98-100%.The duration of the inventive reduction firing in a stationary tube furnace is determined from the condition of achieving a given degree of zinc removal in the range of 98-100%.

Таким образом, из неподвижной трубчатой печи выдают металлизованный железосодержащий продукт и отводят цинк в парообразном состоянии совместно с отходящими газами.Thus, a metallized iron-containing product is discharged from a stationary tube furnace and zinc is removed in a vapor state together with the exhaust gases.

Металлизованный железосодержащий продукт, выдаваемый из печи, охлаждают в нейтральной атмосфере до температуры не более 200°С и подвергают магнитной сепарации любым известным способом. Магнитную часть продукта окусковывают и используют в сталеплавильном производстве. Немагнитную его часть с содержанием железа более 15% направляют на дальнейшее обогащение с последующим окускованием и использованием в доменном производстве, а немагнитную часть продукта с содержанием железа менее 15% используют в качестве сыпучего строительного материала.The metallized iron-containing product discharged from the furnace is cooled in a neutral atmosphere to a temperature of not more than 200 ° C and subjected to magnetic separation by any known method. The magnetic part of the product is granulated and used in steelmaking. Its non-magnetic part with an iron content of more than 15% is sent for further enrichment with subsequent agglomeration and use in blast furnace production, and the non-magnetic part of the product with an iron content of less than 15% is used as bulk building material.

Отходящие из неподвижной трубчатой печи газы, содержащие пары цинка, направляют на установку обесцинкования, например, в виде рукавного фильтра. Затем полученный цинковый продукт отправляют потребителю.Gases containing zinc vapors leaving the fixed tube furnace are sent to a dezincification unit, for example, in the form of a bag filter. Then the resulting zinc product is sent to the consumer.

Оставшиеся после осаждения цинка газообразные и парообразные отходы направляют на получение слабовосстановительной среды. Кроме того, на получение слабовосстановительной среды также направляют газообразные остаточные продукты горения топлива, которые отводят из простенка трубчатой печи, после бесконтактного нагрева в ней потока смеси. При этом газо- и парообразные отходы осаждения цинкового конденсата и газообразные остаточные продукты горения топлива, получаемые после бесконтактного нагрева потока смеси, смешивают так, чтобы в слабовосстановительной среде содержание диоксида углерода (СО₂) и монооксида углерода (СО) соответствовало условию: CO₂:(СО+CO₂)=0,5-0,9.Gaseous and vaporous wastes remaining after zinc deposition are sent to a weakly reducing medium. In addition, gaseous residual products of fuel combustion, which are removed from the wall of the tubular furnace after non-contact heating of the mixture stream in it, are also sent to obtain a weakly reducing medium. In this case, gaseous and vaporous waste products of the deposition of zinc condensate and gaseous residual products of fuel combustion, obtained after non-contact heating of the mixture flow, are mixed so that in a weakly reducing medium the contents of carbon dioxide (CO ₂ ) and carbon monoxide (CO) meet the condition: CO ₂ : (CO + CO ₂ ) = 0.5-0.9.

Таким образом, заявляемый способ непрерывной переработки железоцинкосодержащих пылей и шламов позволяет снизить на 30-35% расход восстановителя и на 35-40% расход топлива, обеспечивая при этом его экологическую безопасность за счет максимальной полноты переработки пылей и шламов в товарную продукцию, а также предотвращения выбросов в атмосферу вредных газо- и парообразных отходов производства в результате их полной утилизации.Thus, the inventive method for the continuous processing of iron-zinc dust and sludge can reduce the consumption of reducing agent by 30-35% and fuel consumption by 35-40%, while ensuring its environmental safety due to the maximum completeness of processing dust and sludge into commercial products, as well as preventing emissions into the atmosphere of harmful gas and vapor production wastes as a result of their complete utilization.

Пример. Для обоснования преимущества заявляемого способа по сравнению с прототипом в лабораторных условиях были проведены исследования на опытной установке по переработке железоцинкосодержащих доменных шламов ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат" следующего химического состава, мас.%: Fe=54,4; FeO=13,3; Fe₂O₃=63,0; SiO₂=4,64; Al₂O₃=1,73; CaO=3,88; MgO=1,36; P=0,021; S=0,286; MnO=0,27; Zn=0,83; H₂O=6,9; TiO₂=0,31; Cr=0,007; С=8,2. Установка имела две последовательно установленные неподвижные трубчатые печи, в которых трубы имели длину 1,8 м, а внутренний диаметр 0,187 м. Печи были снабжены шнековым питателем для перемещения потока смеси исходного материала и восстановителя внутри печей, а также системой внешнего (бесконтактного) нагрева. Первая печь предназначалась для предварительной термической обработки потока смеси исходного материала и восстановителя, а вторая - для получения металлизованного железосодержащего продукта и цинкового продукта. При этом для бесконтактного нагрева потока смеси во второй печи в простенок последней подавали продукты горения природного газа с температурой 1200°С. Слабовосстановительную среду в первой печи создавали путем подачи в нее смешанных газообразных и парообразных отходов, получаемых во второй печи.Example. To justify the advantages of the proposed method compared to the prototype in laboratory conditions, studies were conducted on a pilot plant for the processing of zinc-iron-containing blast furnace sludge of OJSC Magnitogorsk Iron and Steel Works of the following chemical composition, wt.%: Fe = 54.4; FeO = 13.3; Fe ₂ O ₃ = 63.0; SiO ₂ = 4.64; Al ₂ O ₃ = 1.73; CaO = 3.88; MgO = 1.36; P = 0.021; S = 0.286; MnO = 0.27; Zn = 0.83; H ₂ O = 6.9; TiO ₂ = 0.31; Cr = 0.007; C = 8.2. The installation had two fixed tubular furnaces installed in series, in which the pipes had a length of 1.8 m and an internal diameter of 0.187 m. The furnaces were equipped with a screw feeder to move the flow of the mixture of the starting material and reducing agent inside the furnaces, as well as an external (non-contact) heating system. The first furnace was intended for preliminary heat treatment of the flow of the mixture of the starting material and the reducing agent, and the second for the production of a metallized iron-containing product and a zinc product. In this case, for contactless heating of the mixture flow in the second furnace, combustion products of natural gas with a temperature of 1200 ° C were fed into the wall of the latter. A weakly reducing medium in the first furnace was created by feeding mixed gaseous and vaporous wastes obtained in the second furnace.

По стехиометрическому соотношению полного восстановления железа и цинка из их оксидов была определена потребность в металлургическом коксике (Кк, кг/т исходного шлама) в качестве восстановителя с учетом содержания собственного углерода 8,2%:The stoichiometric ratio of the total reduction of iron and zinc from their oxides was used to determine the need for metallurgical coke (Kk, kg / t of the initial sludge) as a reducing agent, taking into account the content of own carbon of 8.2%:

Кк=[(54,4·12/56+0,83·12/65)-8,2]·1,25·1000/100/0,82=55,1 кг, где 1,25 - коэффициент превышения расхода восстановителя по сравнению с минимальной потребностью по стехиометрическим соотношениям для противоточного процесса: (1,2+1,3)/2=1,25;Kk = [(54.4 · 12/56 + 0.83 · 12/65) -8.2] · 1.25 · 1000/100 / 0.82 = 55.1 kg, where 1.25 is the excess coefficient reducing agent consumption compared to the minimum requirement in stoichiometric ratios for the counterflow process: (1.2 + 1.3) / 2 = 1.25;

12, 56, 65 - атомные массы углерода, железа и цинка, соответственно;12, 56, 65 — atomic masses of carbon, iron, and zinc, respectively;

0,82 - доля углерода в металлургическом коксике, кг/кг.0.82 - carbon fraction in metallurgical coke, kg / kg.

Затем подготовили смесь: 5 т исходного доменного шлама и 55,1·5=275,5 кг коксика (восстановителя). Полученную смесь загружали в бункер и самотеком подавали через шлюзовую систему во внутреннее пространство первой трубчатой печи со слабовосстановительной средой заявляемого состава и температуры. В первой печи проводили предварительную термическую обработку подготовленной смеси при температуре слабовосстановительной среды 550-850°С до содержания в обрабатываемой смеси влаги менее 0,05%. Одновременно это позволило полностью восстановить Fe₂O₃ до Fe₃O₄ и около 56% Fe₃O₄ до FeO.Then a mixture was prepared: 5 tons of the original blast furnace slurry and 55.1.5 = 275.5 kg of coke (reducing agent). The resulting mixture was loaded into the hopper and gravity fed through the lock system into the interior of the first tubular furnace with a weakly reducing medium of the claimed composition and temperature. In the first furnace, the prepared mixture was pretreated at a temperature of a weakly reducing medium of 550-850 ° С until the moisture content in the mixture being processed was less than 0.05%. At the same time, this made it possible to completely restore Fe ₂ O ₃ to Fe ₃ O ₄ and about 56% Fe ₃ O ₄ to FeO.

Затем термически обработанную смесь загружали в бункер и самотеком подавали через шлюзовую систему в загрузочную зону второй неподвижной трубчатой печи. В простенок печи со стороны разгрузочной зоны в сторону загрузочной зоны подавали газообразные продукты горения природного газа с температурой 1200°С, что обеспечивало бесконтактный нагрев перемещаемого по печи потока смеси. Работу шнековых питателей установили в режиме, обеспечивающем длительность обработки смеси в печах 2 часа исходя из условия достижения степени удаления цинка из смеси, равной 99%.Then, the heat-treated mixture was loaded into the hopper and gravity fed through the airlock system to the loading zone of the second stationary tube furnace. Gaseous products of natural gas combustion with a temperature of 1200 ° C were fed into the furnace wall from the discharge zone side to the loading zone, which ensured contactless heating of the mixture flow moving through the furnace. The work of screw feeders was set in a mode that ensures the duration of processing the mixture in furnaces for 2 hours based on the conditions for achieving a degree of removal of zinc from the mixture equal to 99%.

Полученный во второй печи металлизованный продукт выгружали в герметичную емкость и охлаждали без доступа воздуха до температуры 200°С. Дальнейшее охлаждение до комнатной температуры проводили на воздухе. Полученный по заявляемому способу результат оценивали по расходу коксика, расходу природного газа на бесконтактный нагрев, степени металлизации железа, степени удаления цинка и наличию настыли.The metallized product obtained in the second furnace was discharged into a sealed container and cooled without air to a temperature of 200 ° C. Further cooling to room temperature was carried out in air. The result obtained by the present method was evaluated by the consumption of coke, the consumption of natural gas for non-contact heating, the degree of metallization of iron, the degree of removal of zinc and the presence of nastily.

Из внутреннего пространства второй неподвижной трубчатой печи отводили газо- и парообразный продукт, содержащий пары цинка, который затем охлаждали, улавливали цинк в рукавном фильтре, а после этого газо- и парообразные отходы направляли в рабочее пространство первой печи для создания слабовосстановительной среды.A gas and vapor product containing zinc vapors was removed from the interior of the second stationary tube furnace, which was then cooled, zinc was trapped in a bag filter, and then gas and vapor waste was sent to the working space of the first furnace to create a weakly reducing environment.

Для сопоставления заявляемого способа с прототипом провели опыты в режиме вращения второй трубчатой печи без шнекового питателя. Внутри печи разместили теплообменник в виде трубы с ребрами. По внутренней полости трубы подачей продуктов горения природного газа обеспечивали в соответствии с прототипом температуру смеси 1100°С. Расход коксика подбирали опытным путем так, чтобы при температуре восстановительного обжига t=1100°С получить указанную в прототипе величину степени металлизации железа 96,7% и степень удаления цинка 98,9% (см. таблицу описания изобретения к патенту РФ №2280087). Термическую обработку проводили в первой печи согласно режиму прототипа при температурах 400-500°С без создания в ней восстановительной среды.To compare the proposed method with the prototype, experiments were performed in the rotation mode of the second tube furnace without a screw feeder. A heat exchanger in the form of a pipe with fins was placed inside the furnace. According to the prototype, the temperature of the mixture was 1100 ° C through the internal cavity of the pipe by supplying combustion products of natural gas. The consumption of coke was selected empirically so that at a reduction firing temperature of t = 1100 ° C, the degree of iron metallization specified in the prototype is 96.7% and the degree of zinc removal is 98.9% (see table of the description of the invention to RF patent No. 2280087). Heat treatment was carried out in the first furnace according to the prototype mode at temperatures of 400-500 ° C without creating a reducing environment in it.

Полученные результаты представлены в таблицеThe results are presented in the table.

ПоказателиIndicators Режим обработкиProcessing mode по прототипуprototype по заявляемому способуby the claimed method Расход металлургического коксика, кг/т шламаConsumption of metallurgical coke, kg / t of sludge 8080 55,155.1 Расход природного газа на бесконтактныйContactless natural gas consumption нагрев печи, м³/т шламаfurnace heating, m ³ / t of sludge 395395 245245 Степень металлизации железа, %The degree of metallization of iron,% 96,796.7 96,996.9 Степень удаления цинка, %The degree of removal of zinc,% 98,998.9 99,199.1 Наличие настылиThe presence of overwhelming имеетсяis available отсутствуетabsent

Анализ результатов исследований позволяет сделать вывод о том, что заявляемый способ непрерывной переработки железоцинкосодержащих пылей и шламов по сравнению с прототипом при высокой степени металлизации железа и удаления цинка (соответственно 96,9% и 99,1%) обеспечивает:.Analysis of the research results allows us to conclude that the inventive method for the continuous processing of iron-zinc dusts and sludges in comparison with the prototype with a high degree of metallization of iron and zinc removal (respectively, 96.9% and 99.1%) provides :.

- снижение на 31% расхода восстановителя;- a 31% reduction in reducing agent consumption;

- уменьшение на 37% расхода топлива.- 37% reduction in fuel consumption.

При этом заявляемый способ является экологически безопасным, так как позволяет утилизировать не только железоцинкосодержащие пыли и шламы металлургических производств, но и утилизировать вредные газо- и парообразные отходы, получаемые при осаждении цинка, а также газообразные остаточные продукты горения топлива, получаемые после бесконтактного нагрева перерабатываемой смеси, что предотвращает выброс в атмосферу угарного газа и остаточных паров цинка при одновременном уменьшении общего количества дымовых газов.Moreover, the inventive method is environmentally friendly, as it allows to utilize not only iron-zinc dust and sludge from metallurgical industries, but also to utilize the harmful gas and vapor wastes obtained during the deposition of zinc, as well as the gaseous residual products of fuel combustion, obtained after contactless heating of the processed mixture , which prevents the emission of carbon monoxide and residual vapors of zinc into the atmosphere while reducing the total amount of flue gases.

Claims

1. A method of continuous processing of iron-zinc dusts and sludges, including preliminary heat treatment of the mixture of the starting material and reducing agent to a moisture content of not more than 0.05%, feeding the treated mixture to a tube furnace, in which the mixture is re-fired without access to air at a controlled temperature by contactless heating the mixture with fuel combustion products and with the separate production of a zinc product and a metallized iron-containing product, characterized in that the preliminary heat The processing of the mixture of the starting material and the reducing agent is carried out in a weakly reducing medium with a temperature of 550-850 ° C, in which the content of carbon dioxide (CO ₂ ) and carbon monoxide (CO) gases corresponds to the condition СО ₂ : (СО + СО ₂ ) = 0.5 -0.9, after which the treated mixture is fed into a stationary tube furnace with a stream continuous over the furnace cross section, and non-contact heating of the mixture stream by fuel combustion products is conducted from the discharge zone of the furnace in the direction opposite to the direction of the mixture stream, while in the direction of flow If the heating temperature is controlled by monotonously increasing it from 500-800 to 1100-1150 ° C.

2. The method according to claim 1, characterized in that the weakly reducing medium is obtained by mixing gas and vapor waste deposits of zinc condensate with gaseous residual products of fuel combustion.