Переработка металлургических шлаков в скором времени станет весьма перспективным видом бизнеса, поскольку в мире растет спрос на сырье данного вида. Потребление увеличивают производители строительных смесей и дорожного покрытия, активно использующие металлургические шлаки для изготовления продукции.
Очевидно, что использование продуктов переработки помогает производителям цемента, строительных смесей, дорожного покрытия снизить себестоимость продукции. Узнать актуальные цены на металлургическое сырье можно посетив сайт, где представлен каталог продукции с подробной информацией.
Что такое шлаки от металлургической продукции
Невзирая на очевидную ценность такого сырья для бизнеса, большая часть металлургических шлаков не задействована в производстве, часто хранится просто под открытым небом. Такое положение дел обусловлено тем, что большинство производств не имеют необходимого инструментария для эффективной работы с сырьем.
Металлургические шлаки – это ценные и универсальные строительные материалы, которые часто подпадают под классификацию промышленных отходов. Однако использование этих отходов в промышленности может положительным образом сказаться на экологической ситуации.
Использование металлургических шламов
Основные источники шламообразования
Шлам — это (От нем. Schlamm) — грязь. Этим словом обозначают разные понятия, в том числе последний, самый мелкий продукт дробления при обогащении руды или угля, отложения в паровых котлах; осадок (в виде мелких частиц) при отстаивании или фильтрации жидкости; порошкообразный продукт, выпадающий в осадок при электролизе меди, цинка и др. Шламы (Далее «шлам» — «Ш.»; ) часто содержат ценные компоненты, в том числе благородные металлы
На металлургических заводах образуются миллионы тонн шламов. Основная масса Ш. образуется в процессе улавливания и осаждения технических и аспирационных выбросов пыли. Ш. содержат ценные компоненты (прежде всего железо), утилизация которых экономически оправданна. Кроме того, при полном использовании шламов решаются вопросы охраны окружающей среды, так как хранение Ш. в отвалах наносит вред природе (занимаются земельные площади, происходит выветривание пыли, загрязняются атмосфера, почва, реки и водоемы).
По источникам образования железосодержащие Ш. черной металлургии подразделяют на агломерационные, доменные, сталеплавильные и окалиносодержащие (в основном Ш. прокатных цехов).
Агломерационные шламы (аглошламы) образуются при гидроулавливании пыли из мешков мультициклонов, аппаратов мокрой очистки технических и аспирационных газов, при гидравлической уборке помещений и промывке трубопроводов агломерационных фабрик. В остальных случаях аглошламы образуются за счет потерь рудной смеси при гидроочистке вагонов и при гидроудалении коллекторной пыли. Ш. агломерационных фабрик принадлежат к группе, относительно богатой железом; по основным химическим компонентам они близки к агломерационной шихте (40-60 % Fеобщ).
Наиболее существенными факторами, влияющими на образование агломерационных Ш., являются:
- число зон агломерационной установки, имеющих газоочистку (зоны спекания, охлаждения);
- характер удаления коллекторной пыли (очистка мокрая и сухая);
- наличие гидросмыва.
При наличии газоочистки только в зоне спекания удельный выход шламов составляет 10—15 кг/т агломерата. При дополнительной очистке отходящих газов в зоне охлаждения удельный выход Ш. повышается до 23,3—27,9 кг/т агломерата.
Доменные шламы образуются в процессе мокрой очистки колошниковых газов в скрубберах, дроссельных группах, трубах Вентури, а также при гидросмыве подбункерных помещений. Объем Ш. зависит от технологических факторов, влияющих на вынос колошниковой пыли, и от степени очистки газов в сухих пылеулавливателях.
Доменные шламы отличаются меньшей долей железа и повышенной массовой долей цветных металлов, прежде всего цинка (иногда до 2-3%).
Сталеплавильные шламы подразделяются на Ш. газоочисток, конвертеров, мартеновских и электросталеплавильных печей.
Отходящие конвертерные газы выносят много пыли; вследствие этого все конвертеры оборудованы газоочистками. Удельный выход Ш. газоочисток конвертеров находится в пределах 1—3 %. Удельное пылевыделение зависит от интенсивности дутья, конструкции кислородной фурмы, давления кислорода и гранулометрического состава сыпучих материалов. Запыленность мартеновских газов составляет 2-10 г/м3. Содержание железа в конвертерных и мартеновских шламах весьма высокое (45-65 %).
Источник [6] → список литературы.
Металлургические шлаки
СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫЕ ШЛАКИ
Состав и свойства сталеплавильных шлаков определяются их ролью в процессах передела. Шлаки передают тепло от газовой фазы к металлической и питают ванну металла кислородом (регулируя ход процесса в сторону окисления или восстановления); защищают металл от поглощения азота и водорода и рафинируют его от вредных примесей (серы и фосфора); наконец, они должны сводить к минимуму угар и механические потери металла.
Формирование шлака и его конечный состав зависят от способа и характера передела (кислый или основной). Передел чугуна в сталь заключается в окислении содержащихся в нем примесей. При этом неизбежно окисляется и часть железа. Окислы элементов, флюсы и разрушающаяся футеровка печи, соединяясь между собою, образуют неметаллическую фазу —шлак.
В нем растворяются загрязняющие примеси шихты (песок, глина, ржавчина, доменный и миксерные шлаки).
В сталеплавильных шлаках всегда есть железо в виде окислов (до 24%) и в металлической форме (до 20%), а также МnО (до 11%). Наличие металла в шлаках не только снижает выход стали, но и заметно усложняет переработку шлаков.
В результате окисления и рафинирования металла, а также разъедания кладки в шлаках появляются окислы и сульфиды: SiO2, Al2O3, СаО, МgО, Cr2O3, Р2О5, FeО, МnО, FeS, MnS и др.
Использование сталеплавильных шлаков для получения строительных материалов и удобрений зависит от их химического и минералогического состава и физикомеханических свойств.
Мартеновские шлаки по характеру процесса (определяемого основной или кислой футеровкой пода печи) подразделяются на основные и кислые. Объем производства стали кислым процессом относительно невелик, поэтому в дальнейшем преимущественно будем рассматривать основные шлаки, Более чем наполовину эти шлаки состоят из основных окислов. СаО, МgО, FeО, МnО. Мартеновский шлак характеризуется основностью, т. е. отношением СаО: SiO2. Еcли СаО : SiO22,5 шлаки называют высокоосновными.
При переделе высокофосфористых чугунов в шлаках содержится повышенное количество Р2O5. В этом случае критерием основности шлака является отношение
Кислые шлаки состоят главным образом из SiO2 (50—65%) и некоторого количества таких основных окислов, как FеО (10—20%) и МnО (10—30%). Их кислотность выражается отношением SiO2 : (FеО+МnО). Если в кислых шлаках содержится 3—15% СаО, то их кислотность выражается отношением SiO2: (FеО+МnО+CaO). Мартеновские шлаки подразделяют на первичные и конечные (вторичные). Количество первичных шлаков колеблется от 50 до 70, вторичных — от 30 до 50%.
Мартеновские шлаки отличаются широким диапазоном колебаний состава в зависимости от марок стали и периодов плавки. Первичные шлаки имеют основность от 1 до 2 , конечные от 2 до 4.
Минералогический состав мартеновских шлаков довольно сложен. Петрографический анализ мартеновских шлаков Ждановского завода имени Ильича, выполненный А. В. Запольский и А. М. Черезовой ДУралНИИЧМ), показал, что структура шлака неравномерно зернистая с размером зерен от 8 до 200 мкм. В шлаке преобладает мервинит в виде крупных призматических и чечевицеобразных зерен размерами 100—200 мкм (в количестве 42%).
Ферритная фаза представляет твердый раствор ферритной и алюмоферритной фаз, в которой наблюдаются вростки RО-фазы (твердых растворов свободных окислов МgО, МnО, FeО). Содержание ферритной фазы и RО-фазы составляет 29%. В исследуемой пробе наблюдались единичные выделения бурого цвета размером до 4 мкм с нечеткими размытыми краями — псевдоморфоза с включениями СаО. Включения, по-видимому, более высококоосновные, чем основная масса и представлены трехкальциевым cиликатом, алюмоферритной фазой и периклазом.
Важной характеристикой мартеновских шлаков является их вязкость. При температуре 1600° С вязкость жидких шлаков составляет 0,2—0,4 П, густых — выше 2 П. Повышение степени перегрева шлаков повышает его жидкотекучесть. Вязкость шлака возрастает с повышением его основности. Минимальную вязкость мартеновский шлак имеет при основности 2,1—2,3.
Вязкость шлака зависит также от содержания Сr2O3, МgО и А12O3. Большая вязкость шлаков, содержащих Сr2O3, объясняется образованием в них хромитов железа Fe(Сr2O3)2, имеющих температуру плавления 1900—2000° С. Присутствие малорастворимой в шлаке МgО повышает гетерогенность шлака и, следовательно, увеличивает его вязкость. А12O3 заметно понижает вязкость. Для разжижения основных шлаков в них добавляют боксит, содержащий 40—60% А12O3; бой шамотного кирпича, содержащий 36—42% А12O3 и 55—60% SiO2; плавиковый шпат; в некоторых случаях — песок, содержащий до 98% SiO2.
Мартеновские шлаки, как правило, устойчивы против силикатного распада. Однако в высокоосновных мартеновских шлаках встречаются модификации γ-ортосиликата кальция и свободная известь, которые вызывают их растрескивание и самораспад. Эти явления особенно опасны при использовании щебня из мартеновских шлаков в бетонах и асфальтобетонах. Локализация разрушающего действия этих соединений достигается обработкой шлака паром в закрытых емкостях в течение 2—3 ч или длительной выдержкой шлака на воздухе — в течение не менее двух месяцев.
Конверторные шлаки по химическому составу близки к мартеновским шлакам, отличаясь несколько большей степенью основности. Удельный выход конверторных шлаков на 1 т стали колеблется в широком диапазоне (50—245 кг/т). В среднем по СССР удельный выход шлака конверторной плавки составляет 149— 150 кг/т.
При содержании в чугуне до 0,15% Р конверторную плавку ведут с одним шлаком и при содержании Р от 0,15 до 0,30% работают с двумя шлаками, т. е. с промежуточным сливом шлака в процессе продувки.
В кислородном конверторе интенсивно окисляются примеси чугуна. Образующееся окислы с известью и другими сыпучими материалами, загружаемыми в конвертор, формируют шлак. К концу продувки отношение СаО:5Ю2 в шлаке > 2,5.
При выпуске стали в сталеразливочный ковш сливают также небольшое количество шлака, предохраняющего металл от охлаждения. Оставшийся шлак сливают через горловину конвертора в шлаковую чашу.
Минералогический состав конверторных шлаков значительно различается в зависимости от характера процесса. Бессемеровские шлаки состоят главным образом из β-кристобаллита и бурого стекла, встречается родонит МnSiO3. Томасовские шлаки включают силикокарнотит, томасит, нагельшмитит, стэдит, шпинель и двухкальциевый феррит.
Шлаки кислородно-конверторной плавки представляют сложный многокомпонентный сплав, минералогический состав которого определяется маркой выплавляемой стали и, следовательно, химическим составом шлака, а также особенностями технологического процесса.
А. В. Запольской и А. М. Черезовой выполнено петрографическое исследование конверторных шлаков завода имени Ильича, имеющих отношение СаО:$Ю2= =8,3. Структура шлака равномерно зернистая. Выделившиеся в первую очередь призматические зерна трех- кальциевого силиката размером до 400 мкм по краям окружены двухкальциевым силикатом в виде призматических полисинтетически сдвойниковакных зерен размером до 100 мкм. К зернам двухкальциевого силиката примыкают округлые зерна периклаза. Промежутки между зернами периклаза, трех- и двухкальциевого силиката заполнены ферритной фазой.
Составы электросталеплавильных шлаков более разнообразны в сравнении с мартеновскими и конверторными шлаками, В процессе плавки в электропечи окисляются составляющие шихты, происходит формирование шлака и переход в него фосфора. Наряду с окислами (FeO, МnО, SiO2) в шлак переходит известь, загружаемая в электропечь в несколько приемов. В шлаке образуется окисел фосфора — продукт дефосфорации металла. К концу периода плавления шихты в электропечи шлаки имеют следующим состав, %: 32-44 CaO, 16—25 SiO2, 8—14 МgO, 6—10 МnО, 10—14 FeО и 0,6—1,2 Р2О5. Во избежание обратного перехода фосфора из шлака в металл больше половины шлака сливают и затем наводят новый шлак, загружая известь и, при необходимости, плавиковый шпат и бой шамотного кирпича.
Технология переработки
Переработка металлургических шлаков проходит в несколько этапов:
- разборка и предварительная сортировка;
- дробление металлосодержащего шлака;
- отделение выделившегося металла;
- промежуточная и окончательная сортировка;
- транспортировка.
В большинстве случаев для переработки шлаков применяют щековые дробилки. После каждого этапа дробления устанавливаются электромагнитные сепараторы, которые в свою очередь и обнажают металл.
В последнее время на участках предварительной сортировки и разборки стали применять колосниковые грохоты. Они позволяют существенно увеличить эффективность дробилок, позволяя организовать практически безотходное производство в металлургической промышленности.
Данная схема производства позволяет получить максимальную выгоду. Оборудование представляет собой отдельные агрегаты, что позволяет упростить и удешевить подготовку площадки для монтажа, а также сократить сроки подготовки оборудования перед вводом в промышленную эксплуатацию.
Источник: ecohuman.ru
Шламовые горы денег
В Свердловской области, одной из самых промышленно развитых в России, ежегодно образуется более 200 млн тонн отходов производства. Всего их скопилось здесь более 8 млрд тонн. Отходы техногенного характера наносят колоссальный ущерб окружающей среде, но вместе с тем содержат много ценного сырья. Сочетание двух аспектов — экологического и экономического — заставило Свердловскую область задуматься о промышленной переработке металлургических шлаков и техногенных образований. Актуализирует обращение к проблеме и развитие технологий: если раньше система добычи и отработки полезных ископаемых позволяла идти в основном «по вершкам», сегодня есть производственные условия для обращения к «корешкам».
В 1996 году Свердловская область первой в России запустила целевую губернаторскую программу переработки техногенных отходов. Ее координация поручена Государственному научному центру РФ — ОАО «Уральский институт металлов». Подобную программу недавно приняли в Хабаровском крае, на очереди — Оренбургская, Белгородская области, Башкирия. География заказов на уральские технологии переработки металлургических шлаков и техногенных образований охватывает Казахстан, Белоруссию, Украину, Узбекистан и другие страны СНГ, а также Китай.
Причина столь активного интереса к техногенам лежит на поверхности: их переработка — экономически и социально выгодный бизнес, двигающий научные разработки и промышленную кооперацию.
Отходы — в доходы
Подсчитано, что экономический, экологический и социальный эффект от реализации областной программы переработки техногенных образований составляет около 7 млрд рублей. И это без учета замены продукции из природных материалов на более дешевые материалы из отходов и сокращения транспортных расходов. По словам начальника отдела экологической безопасности и техногенных образований министерства природных ресурсов Свердловской области Вячеслава Бершадского, кроме значительных объемов металла, феррохрома и асбеста из техногенных отходов можно производить строительные материалы, магнезитовые удобрения, глиноземные и хромовые полупродукты, цементационную медь, сульфат алюминия, микросферы, ацетиленовые баллоны.
Предприятия быстро почувствовали экономические преимущества получения продукции из бросовых материалов. С 1997-го по сентябрь 2001 года из отходов произведено продукции на сумму более 16 млрд рублей. Это потребовало бы добычи и переработки 50 — 70 млн тонн минерального сырья с образованием 25 — 40 млн тонн новых отходов. Для производства, например, такого количества строительного щебня, какой получен из техногенных образований, Курманскому щебеночному карьеру пришлось бы добывать природный камень почти 15 лет, а серийной передвижной дробильно-сортировочной установке — более 60 лет.
Поэтому неудивительно, что сегодня техногенными образованиями на Среднем Урале занимаются более ста промышленных предприятий. К сентябрю прошлого года в технологии и оборудование для переработки инвестировано 1,834 млрд рублей. В основном вкладывались предприятия, причем в 2001-м доля их собственных средств в реализации проектов возросла до 85,2% и продолжала увеличиваться. Из 51 млн тонн отходов, переработанных за время реализации программы, более 19 млн тонн — доля металлургической промышленности, почти 30 — добычи и обогащения.
На предприятиях черной металлургии введенные мощности переработки шлаков перекрывают объемы годового образования отходов. Значит, утверждает заместитель генерального директора Уральского института металлов Борис Смирнов , созданы условия для того, чтобы приступить к ликвидации шлаковых отвалов, максимальному извлечению из них железа, получению строительных материалов.
На Нижнетагильском металлургическом комбинате (НТМК) построен крупнейший в Европе цех переработки отвальных шлаков мощностью 3 млн тонн в год, разработана и внедряется программа переработки всех отходов комбината. Для комплексного решения проблемы создано некоммерческое партнерство «Технополис», объединяющее усилия администрации Нижнего Тагила, производственников и ученых. Это позволяет не только разрабатывать и внедрять технологии, но и организовать переработку отходов с получением массовой и относительно дешевой продукции (щебня, граншлака) на месте их образования, исключая размещение в отвалах. После испытаний на НТМК технологии переработки жидких доменных шлаков ОАО «Уралмаш»планирует организацию производства подобных установок различной мощности для отечественных и зарубежных предприятий.
Внедрение технологии обогащения шлака конвертерного производства способствовало переводу на переработку отвалов обогатительной фабрики Среднеуральского медеплавильного завода (Уральская горно-металлургическая компания). Технология переработки цинксодержащих пылей медеплавильных предприятий с получением цинковых солей и свинцового концентрата, внедренная на кировградской площадке комбината «Уралэлектромедь», позволяет утилизировать пыль и получать дефицитную продукцию.
ОАО «Ураласбест»завершает реконструкцию линии добычи щебня из вскрышных пород и отходов обогащения асбестовых руд, что увеличит объемы производства и повысит качество строительных материалов. Высокогорский горно-обогатительный комбинат для производства агломерата перерабатывает не только собственные отходы обогащения высокосернистых железных руд, но и отходы Черемшанского шламохранилища, использует отходы НТМК. В ЗАО «Русский хром 1915″построена опытная установка для отработки технологии очистки сточных вод от шестивалентного хрома. В 2001 году завод приступил к внедрению новой технологии переработки хромовых руд, позволяющей использовать в производственном цикле в качестве сырья заводские шламы. Реализация этого проекта остановит загрязнение шестивалентным хромом реки Чусовой.
Экономическая выгода привлекает к переработке промышленных отходов и малый бизнес. В частности, на НПФ «Экохим»запущена в эксплуатацию установка для переработки лигнина. Отходы Лобвинского гидролизного завода перерабатываются в теплоизолирующие смеси для металлургических предприятий.
Нет пределов для совершенства
В деле переработки техногенных отходов производство шагает вслед за наукой. Уральский институт металлов работает над проблемой комплексного извлечения из отходов полезных компонентов, сопутствующих основному металлу. Создаются новые технологии утилизации шлаков в доменном производстве, а также использования магнитного металлопродукта, извлекаемого из отвальных шлаков. Уже в 2001 году из металлопродукта получено 260 тыс. тонн качественного агломерата.
В Институте найдены принципиально новые технические решения переработки металлургических шлаков в жидком состоянии. Они отличаются малой энергоемкостью, компактностью, позволяют локализовать и обезвредить образующиеся парогазовые выбросы, утилизировать тепло шлакового расплава с получением энергетического и бытового пара. Плюс — получить готовую продукции: щебень, песок, щебеночно-песчаные смеси, шлаковую пемзу. Лицензию на реализацию этой технологии приобрел завод Баосталь (Шанхай, КНР) — одно из наиболее современных металлургических предприятий.
Реализация областной техногенной программы уже привела к снижению объемов образуемых отходов, прекращению вывоза многих их видов в отвалы, планомерной ликвидации техногенных образований. Однако, как считают на Урале, для реализации ряда проектов, в том числе получения концентратов редкоземельных металлов из отходов обогащения титаномагнетитовых руд, масштабной переработки лигнина, фторгипсов, получению драгоценных металлов и металлоконцентрата из зольных отвалов, необходима государственная поддержка. В частности, снижение налогообложения на землю, занятую отходами, и на продукцию, выпускаемую из скопившихся отходов, об ограничении выдачи лицензий на разработку природных материалов, когда есть возможность производства аналогичной продукции из отходов.
Источник: expert.ru
Извлечение пользы: как европейцы зарабатывают на шлаках
Примеры успешного промышленного применения шлаков уже есть. Вскоре промышленники займутся «шлаками 2.0»
«Как превратить шлаки из отходов в прибыльный бизнес? Об этом говорят уже последние несколько лет», – пишут в статье для New-Mine Питер Том Джонс, старший менеджер по исследованиям KU Leuven IOF (Industrial Research Fund), и Ливен Мачиэльс, менеджер по исследованиям SOLVOMET.
Наибольшего успеха в этом удалось достичь сталелитейной промышленности – металлурги сумели использовать молотый гранулированный доменный шлак (GGBFS) для производства низкоуглеродистых «доменных цементов». С тех пор такой способ заработка на шлаке стал общепринятой практикой.
Однако применение других типов шлаков (шлаки от конверторного производства, электродуговых печей, цветной металлургии и тех, что образуются в результате производства нержавеющей стали) остается довольно ограниченным. Особенно если говорить о достижении высокой добавленной стоимости конечной продукции.
В лучшем случае такие шлаки применяются в качестве гравия для дорожных оснований или заполнителей в строительной промышленности. В то же время законодательство европейских государств и Европейского Союза относительно содержания остаточного металла в шлаках постоянно ужесточается. Это ставит под угрозу использование многих необработанных типов шлаков в направлениях с низкой добавленной стоимостью. В результате многие компании вынуждены складировать свои шлаки, что создает для них дополнительные расходы и риски.
Шлаки 2.0: от отходов к чистому побочному продукту
Koranel® от Metallo
kuleuven.sim2.be
Также шлаки можно было бы назвать «рудным побочным продуктом». Почему? Потому что разница с рудами, полученными путем первичной экстракции, небольшая.
Ключевым примером в этом контексте является бельгийская компания Metallo, которая эксплуатирует плазменную установку для восстановления цинка в шлаках и одновременного снижения содержания свинца в них с 1% до менее 300 частей на миллион (что соответствует жесткому законодательству). С 2018 года Metallo производит такой шлак под торговой маркой Koranel®. Во время 14-й Глобальной конференции по шлакам в Аахене Koranel® был удостоен звания «Шлаковый продукт года». В настоящее время такой шлак применяется в основном для пескоструйной обработки, но исследования показывают, что их можно использовать и в других областях, в частности для цементных вяжущих и инженерных продуктов. Были проведены обширные испытания промышленных масштабов, которые открывают путь к широкому использованию шлаков цветной металлургии в строительной промышленности.
Связующие из шлаков
После обширных исследований и промышленных испытаний использования шлаков недоменного типа в новых вяжущих и смешанных цементах на рынок вышли первые продукты такого типа. Примерами являются цементы на основе неорганических полимеров из летучей золы, доменного шлака и других типов шлаков, производимые компанией Sqape. Они доступны на голландском рынке.
Другим примером являются связующие вещества, образующиеся в результате карбонизации шлаков из нержавеющей стали, производимые Orbix. В настоящее время Orbix налаживает сотрудничество с Deruwbouwgroup (группа CRH), чтобы поставлять строительные изделия на основе шлака из нержавеющей стали на голландский рынок. Этот продукт на нидерландском языке называется compensatiesteen. Поскольку для карбонизации шлака из нержавеющей стали (с целью образования связующего вещества) используется CO2, производство этого продукта также способствует снижению выбросов CO2. Более того, производство compensatiesteen имеет меньший углеродный след по сравнению с другими строительными материалами. (…)
www.otar.nl
Что дальше?
После более чем десяти лет исследований и разработок в университетах, исследовательских центрах и на промышленных мощностях можно сказать, что позитивный консенсус относительно шлаков возможен. Даже недоменные шлаки постепенно находят свой путь на рынок.
Компании-первопроходцы занялись созданием нового поколения чистых шлаков, «шлаков 2.0», которые можно рассматривать как ценные побочные продукты. На данный момент в большинстве стран – членов ЕС отрасль по производству шлаков занимается Rhttps://gmk.center/posts/izvlechenie-polzy-kak-evropejcy-zarabatyvajut-na-shlakah/» target=»_blank»]gmk.center[/mask_link]