Техногенные месторождения. Формирование техногенных месторождений

За время существования АО " Северсталь" на его собственной и прилегающих к нему территориях сформировалось новое антропогенное образование, сравнимое по мощности с крупным месторождение полиметаллического сырья. Подобное образование может быть названо " техногенным месторождением". Череповецкое техногенное месторождение содержит более 200 тыс. т цветных и редких металлов, около 18 тыс. т мышьяка и до 3, 5 тыс. т фтора.

Техногенные месторождения в отличие от природных месторождений возникли как " непланируемая" продукция и их запасы формировались стихийно. Отраслям народного хозяйства было выгодно использовать первичное сырье, и анализом техногенных месторождений практически никто не занимался. Можно сказать, что техногенные отходы - это «сырье неизвестно для чего», сырье " без дальнейшей судьбы". Поэтому выделим основные особенности техногенного сырья, отличающие его от природных ископаемых.

1. Техногенные месторождения - продукт " быстрого созревания", время их жизни -десятки лет вместо миллионов лет, характерных для природных месторождений. При этом запасы техногенных месторождений постоянно пополняются за счет " свежих" отходов.

2. Малый срок жизни техногенного месторождения определяет более низкий уровень его однородности, большой разброс свойств по площади и глубине залегания.

3. " Созревание" техногенного месторождения означает изменение свойств техногенного сырья во времени и сильную зависимость свойств и скорости их изменений от параметров окружающей среды (климат, роза ветров, изменение влажности и др.).

4. В техногенных отходах могут находиться опасные компоненты, на " дезактивацию" которых природе потребуется миллионы лет. Их в запасе у нас нет.

5. Техногенное сырье имеет, как правило, повышенную концентрацию большинства таких элементов, содержание которых в земной коре мало. С этой точки зрения техногенные материалы ~ это первичное сырье, прошедшее стадию обогащения.

6. Для определения качества (стандартов) техногенного сырья методы, применяемые для контроля свойств природного сырья, неприменимы. Нужно определить заново набор свойств, характеризующих качество техногенного сырья, из которых ряд представлен совершенно новыми (скорость изменения свойств, участие в катализе природных, например, окислительных процессов, однородность свойств, доля окисленных компонентов и др.). Эти показатели качества должны контролироваться во всех видах техногенного сырья. Наряду с этим следует оценивать те свойства техногенного сырья, которые имеют значение для избранного способа их переработки.

7. В итоге можно считать, что техногенное сырье не лучше и не хуже природного сырья. Оно – другое сырье.

Качество неофлюсованного и офлюсованного агломерата.

В настоящее время производят офлюсованный агломерат, т.е. в шихту агломерации вводят известняк, чтобы агломерат содержал СаО и его основность CaO/SiO2 составляла 1-1, 4 и более. Это позволяет работать без загрузки известняка в доменную печь.

Качество агломерата оценивают рядом параметров: он должен быть в кусках определенной крупности, должен иметь высокую прочность в холодном и в горячем состоянии, высокую восстановимость, высокую температуру размягчаемости. Агломерат не должен содержать фракций < 5 мм, поскольку мелочь сильно снижает газопроницаемость шихты в доменной печи; крупность агломерата для малых и средних печей должна составлять 5-40мм, а для крупных и сверхмощных - 15-40 мм.

Высокая холодная и горячая прочность необходимы, чтобы агломерат не разрушался с образованием мелочи, препятствующей движению газов через слой шихты в печи. Под холодной прочностью подразумевают прочность, препятствующую разрушению агломерата при его транспортировке и загрузке в печь, под горячей - препятствующую разрушению под воздействием давления столба шихты в печи при высоких температурах. Для получения стабильно высокой холодной прочности прежде всего важно соблюдение технологии подготовки шихты с поддержанием оптимального гранулометрического состава и ее высокой газопроницаемости, в том числе путем ее тщательного окомкования и добавки в шихту извести. Холодная прочность сильно снижается при очень быстром охлаждении и при наличии остатков шихты в агломерате. Для предотвращения резкого охлаждения горячий агломерат со спекательной ленты направляют в специальные охладители, где его охлаждают в течение 40-60 мин просасываемым вентиляторным воздухом. С тем, чтобы в агломерате после спекания не оставалось кусков шихты, она не должна содержать рудных частиц крупностью > 8 мм и известняка > 3 мм; необходимо также увеличивать расход топлива.

Восстановимость офлюсованного агломерата меняется с увеличением основности по экстремальной зависимости. Максимум восстановимости относится к агломерату основности CaO + SiO2 = 1, 4–1, 5. Как показал опыт, восстановимость офлюсованного агломерата в настоящее время соответствует современным требованиям доменной технологии. Температура начала размягчения в восстановительной атмосфере неофлюсованных агломератов, агломератов основностью 0, 5–0, 7 и 2–4 составляет соответственно 1100–1150, 1050–1100 и 1200–1250 °С. Минимальная температура начала размягчения соответствует максимальному количеству стекла в агломерате основностью 0, 5–0, 7, так как стекло, не имеющее фиксированной точки плавления, размягчается в широком интервале температур.

Прочность спека начинает резко снижаться с основности 0, 4–0, 5, при которой в структуре агломерата появляется Ca2SiO4. Минимальная прочность агломерата соответствует основности 1, 3–1, 5. Дальнейшее увеличение основности приводит к появлению Ca3SiO5, не подверженного полиморфным превращениям. Уменьшается количество хрупкого стекла, появляется новая прочная связка – ферриты кальция; структура агломерата (внутри блоков) становится более однородной. Все это способствует повышению прочности агломерата. Таким образом, высокоосновный агломерат (железофлюс) оказывается таким же прочным, как неофлюсованный агломерат.

Требование к сырью и восстановителю при производстве губчатого железа.

Выбор сырья для металлизации проводят в соответствии с требованиями, предъявляемыми к качеству металлизованкого продукта со стороны его дальнейшего передела (доменное или сталеплавильное производство), а также с учетом физико-химических изменений, которым оно подвергается в процессе металлизации.

Железорудные материалы для производства губчатого железа должны удовлетворять следующим основным требованиям: по возможности высокому содержанию железа при низком содержании серы, фосфора, щелочей и примесей цветных металлов (медь, никель, хром, цинк, свинец и др.), оказывающих большое влияние на качество стали и технико-экономические показатели выплавки ее в электропечах; высокой газопроницаемости шихты в восстановительном агрегате; высокой восстановимости; отсутствию склонности шихты к слипанию при достаточно высоких температурах восстановления; высокой прочности при восстановлении!

Химический состав. В связи с тем, что процессы металлизации при получении губчатого железа протекают при умеренных температурах (без расплавления), пустая порода и примеси в исходном сырье полностью переходят в металлизованный продукт. Известно, что содержание железа и кислой пустой породы в губчатом железе существенно влияет на: стоимость выплавки стали, так как они влияют на расход металлизованного продукта для выплавки 1 т стали, расход электроэнергии для расплавления образующегося шлака, расход извести, потери железа со шлаком. С этих позиций содержание железа должно быть максимальным, а содержание кремнезема— минимальным.

Расчет и практика производства показали, что содержание железа в железорудных материалах желательно иметь в пределах 68—69 %, а количество кислых оксидов не должно превышать 3% (в металлизованном 5%), так как в противном случае использование методов бездоменного получения металла становится экономически невыгодным. Однако очень низкое содержание кремнезема может привести к разрушению, разбуханию и слипанию шихты при восстановлении, что снижает эффективность процесса.

В связи с этим возникает проблема использования в качестве шихты для металлизации офлюсованных железорудных материалов. Присутствие в шихтовых материалах оксидов кальция и магния повышает их восстановимость и прочность при восстановительно-тепловой обработке, уменьшает разрушение при низких и склонность к слипанию при высоких температурах,, улучшает условия науглероживания окатышей в процессе их металлизации. Требования к основности различаются в зависимости от свойств исходных железорудных материалов и типа процесса металлизации. Так, если для установок Мидрекс значение основности специально не оговаривается (обычно оно составляет 0, 5—0, 8).

Учитывая тот факт, что в процессе восстановления вредные примеси практически из шихты не удаляются, следует восстанавливать железорудные материалы с минимальным содержанием вредных примесей (серы, фосфора, меди, мышьяка и др.). Верхний предел их содержания определяется маркой выплавляемой стали и типом сталеплавильного процесса, однако, в любом случае содержание серы и фосфора не должно превышать 0, 015-0, 02%. Серу в большей степени можно удалить при производстве окисленных окатышей из железорудного концентрата. Фосфор при окислительном обжиге не удаляется, поэтому для металлизации можно применять лишь руду с низким содержанием фосфора.

Наличие оксидов щелочноземельных металлов (Na2O; K2O) нежелательно, так как они способствуют разбуханию и разрушению материалов в процессе восстановления и тем самым к ухудшению газопроницаемости столба шихты и показателей процесса металлизации.

Физические свойства. Эффективность процесса восстановления в движущемся слое в значительной степени зависит от высокой проницаемости столба шихты, способствующей хорошему контакту газовой и твердой фаз. Высокая газопроницаемость достигается при применении материалов с узким фракционным составом и высокой прочностью на сжатие и истирание. Требования к физическим свойствам железорудного сырья (прочности, фракционному составу, истираемости и др.) в значительной мере различаются в зависимости от специфики процесса металлизации. Например, для процессов металлизации с использованием газообразных восстановителей (в шахтных печах, ретортах) крупность окатышей должна находиться в пределах 10—30 мм, содержание мелочи (< 5 мм) не должно превышать 5 %, механическая прочность в исходном состоянии— не ниже 2000 Н/окатыш, доля окатышей фракции 9, 5—16 мм должна составлять 85-95%; доля фракции > 6, 35 мм при испытании в барабане — не менее 95 %; дояя фракции < 0, 6 мм — не более 4 %. Как видно, требования к содержанию мелочи в шихте для шахтных печей металлизации железа жестче, чем для доменных, так как в первых отсутствует кокс, разрыхляющий шихту и служащий опорным каркасом столба шихты.

Для вращающихся печей, в которых слой восстанавливаемого материала невелик и его газопроницаемость не влияет значительно на скорость процесса и производительность установки, требования к фракционному составу и прочности железорудного сырья не являются такими жесткими, как для шахтных печей. Это расширяет возможность более широкого выбора сырья для металлизации во вращающихся печах.

В процессах производства губчатого железа в агрегатах с использованием газообразного восстановителя в качестве железорудного сырья применяют как окатыши, так и кусковые руды, при этом доля окатышей на установках этого типа составила 80%.

Основная масса окисленных окатышей для процессов металлизации производится на обжиговых конвейерных машинах. Это связано с получением на них окатышей более однородных по форме и крупности, образующих меньше мелочи.

В процессах металлизации в качестве технологического топлива возможно применение различных видов топлива — газообразного (природный и попутный газ), жидкого (продуктов нефтепереработки) и твердого (некоксующиеся угли различных видов). Использование этих видов топлива в качестве восстановителя без специальной подготовки в большинстве случаев невозможно.

Выбор способа производства восстановительного газа определяется экономическими факторами (наличие и стои-

мость того или иного вида сырья, капитальные затраты на строительство установки, эксплуатационные расходы и др.),

а также требованиями к его химическому составу, главными которых являются максимальная доля в нем восстановителей СО и Н2 и минимальная СО2, Н2О, СН4, сажистого угля. Для оценки восстановительной способности газа

используют выражение степени его окисленности:

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: