Способ грануляции металлургического шлака

 

Изобретение относится к черной металлургии, хотя может быть использовано в смежных отраслях, таких как цветная металлургия, энергетика. Сущность изобретения: способ грануляции шлака включает обработку струи шлакового расплава водой, в которую добавляют 0,01-2,5% кубовых остатков ректификации бензола, далее воду отделяют от твердых продуктов и возвращают на повторное использование. 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, хотя может быть использовано в смежных отраслях, таких как цветная металлургия, энергетика.

Известные способы грануляции шлака, главным образом доменного, основаны на обработке огненно-жидкой шлаковой струи водой. В этом случае при взаимодействии сульфидов, содержащихся в шлаке, с водой развиваются реакции: RS + H₂O RO + H₂S, (1) RS + 1/2H₂O + 1/4O₂ RO + 1/2H₂S + 1/4S₂ (2) RS + 1/2H₂O + 3/4O₂ RO + 1/2SO₂ + 1/2H₂S (3) RS + 1/3H₂O + 2/3O₂ RO + 1/3SO₂ + 1/3H₂S + 1/6S₂, где R Ca, Mn, Fe (4) Состав парогазовой смеси определяется технологическими факторами, а именно, составом и температурой воды, подаваемой на грануляцию, ее расходом, содержанием серы в шлаке, особенностями конструкции грануляционного аппарата и т.д. Как видно из уравнений (1)-(4), в парогазовую фазу переходят сернистый газ и диоксид серы (при существующих температурах грануляции элементарная сера остается в водной среде).

Сернистый газ и диоксид серы являются весьма токсичными компонентами, и их выброс в атмосферу с парогазовой смесью недопустим. К сожалению, грануляционные установки не снабжены сероулавливающими устройствами. По этой причине необходимо предусмотреть технологические мероприятия, позволяющие предотвратить выброс токсичных компонентов.

Известен способ грануляции металлургического шлака [2] включающий обработку струи шлакового расплава водой, сепарацию твердого продукта от воды и возвращение отделенной воды на повторное использование, в котором для снижения сернистых выбросов предлагается продувка водно-шлаковой смеси воздухом со скоростью 0,3-1 нм³/мин в расчете на 1 м² слоя смеси.

Подобная технология предполагает наличие устройства в составе гранустановки, в котором будет осуществляться такая обработка. Современные грануляционные установки не оснащены такого рода элементами и по этой причине известный способ не может быть реализован на практике.

Сам же прием обработки слоя шлака воздухом нацелен в основном на снижение выделений сероводорода из товарного граншлака, а не в процессе грануляции, где имеет место основной выброс. Улучшение состава оборотной воды по водородному показателю отмечается лишь при условии, что соотношение вода-шлак составляет 6 7, что в 2 5 раз превышает теоретические и технологические нормы при производстве как шлаковой пемзы, так и гранулированного шлака.

Также необходимо принять во внимание, что распад тиосульфата кальция, образующегося при продувке воздухом, сопровождается образованием SO₂. Растворение сернистого газа в воде неизбежно приведет к снижению водородного показателя воды и в целом эффективности способа.

Целью изобретения является снижение сернистых выбросов на действующих установках грануляции по крайней мере до уровня, не превышающего величину предельно-допустимого выброса (ПДВ).

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем обработку струи шлакового расплава водой, сепарацию твердых продуктов от воды и возвращение отделенной воды на повторное использование, в воду, подаваемую под (на) струю шлакового расплава, добавляют кубовые остатки ректификации бензола (названные нами реагентом КОРБ) до концентрации в 0,01-2,5% Кубовые остатки представляют собой смесь продуктов различной глубины полимеризации непредельных соединений с бензольными углеводородами, тиофеном и его гомологами, а также высококипящими ароматическими углеводородами. Плотность реагента КОРБ лежит в пределах 1,0-1,36 г/см³.

Водородный показатель водных растворов реагента КОРБ в зависимости от концентрации лежит в пределах 8,0-10,0. Поглотительные свойства реагента КОРБ обусловлены его щелочной реакцией и характеризуются протеканием следующего химического взаимодействия: Образующийся гипс частично оседает на гранулах шлака и уходит потребителю (что весьма желательно, так как гипс служит активатором твердения вяжущих), а также переносится с оборотной водой в шламонакопитель. Перераспределение сернистых соединений между твердой шлаковой фазой и водой исключает выброс сернистых соединений в атмосферу.

Помимо этого реагент КОРБ обнаруживает поверхностно-активные свойства за счет содержащихся в нем специфических компонентов, что обеспечивает пенообразующую способность растворов этого реагента. Последнее способствует более длительному контакту газовой фазы и поглотительной среды, гарантируя ее высокую эффективность.

Нижняя граница концентрации раствора реагента КОРБ определена в 0,01% Дальнейшее понижение концентрации реагента сопровождается существенным уменьшением pH раствора реагента и ограничением его поглотительных свойств.

Верхнее значение концентрации реагента КОРБ в воде отвечает значению 2,5% и характеризует уровень содержания реагента, выше которого развивается интенсивное пенообразование. Образующаяся в этом режиме "рыхлая" пена уже не улучшает поглотительных свойств, но вызывает технологические осложнения.

Для подтверждения поглотительных свойств реагента КОРБ на предприятии АО "Северсталь" были проведены стендовые испытания.

Испытательный стенд включал двухканальную регистрацию содержания сернистых компонентов в фильтруемом газе: один канал присоединялся напрямую к газовому тракту, в другом канале газ до газоанализатора просасывался через раствор реагента-поглотителя КОРБ. Для моделирования температурных условий грануляции шлака в действующей линии проведены эксперименты при двух температурах поглотительного раствора различной концентрации (таблица). Как видно из этих данных, концентрация сернистых соединений снижается в случае применения реагента в 20-30 раз (при повышенной температуре только в 20 раз).

Таким образом, реагент КОРБ обладает высокой поглотительной способностью и может эффективно применяться на грануляционных установках для обезвреживания сернистых выбросов.

Пример. Огненно-жидкий доменный шлак подают на гидрожелоб грануляционной установки и обрабатывают струей воды при ее расходе порядка 3 м³/т шлака, запитываемой из камеры осветленной воды. Гранулированный шлак собирается в шлаковой камере бункера-приемника, заполненного водой, и эрлифтом подается на обезвоживание. Отфильтрованная вода стекает в бункер-приемник, а товарный граншлак подается на склад. Реагент КОРБ дозируется до требуемой концентрации в специальной реагентной емкости и насосом подается в камеру осветленной воды, откуда забирается на гранулятор. Так как вода циркулирует в замкнутой системе, камера осветленной воды гранулятор бункер -приемник, то концентрация реагента КОРБ будет практически одинаковой во всех указанных системах.

В процессе взаимодействия огненно-жидкого шлака с водой за счет выщелачивания водородный показатель воды (pH) становится равным 9,0-10,5 и понижается по мере обработки шлака из-за поглощения сернистых соединений, ухудшая тем самым поглотительные свойства воды. Введение щелочного реагента КОРБ позволяет компенсировать это снижение и поддерживать поглотительные свойства оборотной воды на высоком уровне. Кроме того, реагент КОРБ, являясь эмульгатором, обеспечивает наилучшие кинетические условия для взаимодействия газа и воды, способствуя тем самым полному поглощению выбросов. Высокая эффективность реагента КОРБ подтверждается результатами его испытаний в полупромышленных условиях, о чем свидетельствуют данные таблицы.

Формула изобретения

Способ грануляции металлургического шлака, преимущественно доменного, включающий обработку струи шлакового расплава водой, сепарацию твердых продуктов от воды и возвращение отделенной воды на повторное использование, отличающийся тем, что в воду, подаваемую на обработку струи шлакового расплава, добавляют 0,01 2,5% кубовых остатков ректификации бензола.

РИСУНКИ

Рисунок 1