Способ производства окускованного сырья из сернистых материалов

 

Использование: изобретение относится к черной металлургии и связано с обеспечением экологической безопасности горно-металлургических комплексов. Сущность: формуют определенный фильтр-постель для поглощения сернистых выбросов, имеющих место при термической обработке серусодержащего рудного сырья. Фильтр-постель состоит из кускового железосодержащего отсева термообработанного продукта и известнякового флюса, крупность флюса равна 2 - 3,5 калибра пуска отсева термообработанного продукта, а его содержание в постели поддерживают в пределах 1 - (2-10). 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, более конкретно связано с обеспечением экологической безопасности горно-металлургических комплексов.

В известных способах производства окускованного сырья используется постель из собственного термообработанного продукта прослойка из гранулированного железосодержащего материала, смоченного известковой пульпой, обеспечивающей поглощение серосодержащего вещества [1] Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ производства окускованного сырья из сернистых материалов, включающий окомкование шихты; укладку на машину слоев постели и собственно шихты и последующую их термическую обработку, в котором в качестве постели используется смесь железосодержащего и CaO-содержащего материалов [2] В качестве CaO-содержащего материала применены оксиды или гидроксиды щелочноземельных металлов, в частности CaO, а железосодержащий материал представлен компонентами аглошихты. Причем CaO-содержащий компонент является более дисперсным, чем компонент аглошихты. Применение CaO-содержащих компонентов в виде оксидов или гидроксидов ограничено отсутствием известеобжиговых производств на ряде металлургических предприятий и требует капитальных затрат на организацию соответствующего производства.

Кроме того, использование весьма дисперсных компонентов в качестве постели сопряжено со снижением газопроницаемости слоя и ухудшением показателей спекания, во-первых, и существенным пылевыносом (и соответствующим ухудшением экологической ситуации), во-вторых.

Одна из основных проблем, связанных с переработкой сернистых руд термоокислительным процессом, вызвана образованием значительного количества сернистых соединений, которые вместе с отходящими газами эвакуируются в атмосферу. За рубежом для улавливания сернистых соединений за обжиговыми машинами предусмотрены системы сероочистных установок, сооружение и эксплуатация которых требует немалых материальных затрат.

Для улавливания сернистых соединений в предлагаемом решении организуется фильтр-постель, где осуществляется сорбция сернистых соединений. Концентрация сернистых соединений в выбросах при использовании такого фильтра отвечает равновесной для данной температуры. Температура постели в процессах окускования сырья колеблется в пределах 200 800^oC.

Эффективность фильтра-постели определяется такими двумя факторами, как газопроницаемость и реакционная поверхность.

Газопроницаемость фильтра-постели обеспечивается как за счет определенного содержания известнякового флюса в постели, так и за счет определенной гранулометрии флюса, причем эти факторы взаимосвязаны. Наличие в фильтре-постели каркаса из достаточно прочного термообработанного продукта придает ему необходимую прочность. Это как раз то новое качество, которое возникает при формировании фильтра-постели.

Реакционная поверхность фильтра образуется за счет содержания сорбента (известнякового флюса) оптимальной гранулометрии. Общеизвестно, что для обратимых реакций, к которым несомненно относится взаимодействие флюса с сернистыми соединениями, полнота взаимодействия достигается при некотором избытке реагента. Экспериментально определенные величины коэффициента избытка по отношению Ca/S составили 3,5 5,0. В пересчете на известняковый флюс для шихтовых условий России это дает такие пределы по его содержанию в фильтре-постели как 1: (2-10). Нижний предел 1:10 отвечает условиям переработки низкосернистой шихты (S≅0,3% ) и означает, что фильтр формируют из одной части известнякового флюса и десяти частей термообработанного продукта. Верхний предел обусловлен повышением содержанием серы в шихтовых материалах (S>0,4). В этом случае содержание известнякового флюса в фильтр-постели увеличивают так, что на одну долю флюса приходится две доли термообработанного продукта. Снижение содержания флюса в фильтре ниже нижнего предела (ниже 1: 10 существенно сокращает реакционную поверхность фильтра и не позволяет достичь высоких степеней очистки отходящих газов. Увеличение содержания флюса в фильтре выше верхнего предела, т.е. выше соотношения (1:2), ухудшает его прочностные свойства и делает практически неработоспособным. Одновременно необходимо позаботиться о гранулометрии флюса. При низком содержании флюса (нижний предел) наилучшие газодинамические характеристики отвечают крупности флюса в 2 калибра среднего куска термообработанного продукта, подаваемого в постель. При высоком содержании флюса (верхний предел) оптимальные показатели по газодинамике обеспечиваются при его крупности в 3,5 калибра среднего куска термообработанного продукта, подаваемого в постель.

В качестве известнякового флюса может использоваться чистый известняк, доломитизированный известняк, оплавикованный известняк, а также комплексные флюсовые материалы (например, известняк с добавками гипса, мела, мергели и т.д.).

Примеры конкретной реализации способа.

Для иллюстрации выбрано производство офлюсованных до основности 1 окатышей из концентратов с различным содержанием серы, встречающимся в практике производства железорудных окатышей (0,3 0,5%). Остаточное содержание S в окатышах 0,1% Фракционный состав годных окатышей, из которых выделяется также постель, на 95% представлен фракцией 8 16 мм, т.е. средняя крупность фракции постели составляет 12 мм. Как следует из материального баланса, на получение тонны окатышей потребуется 899 кг концентрата с содержанием 4,5% SiO₂ (остальное известняк и бентонит).

Пример 1.

Содержание серы в концентрате 0,32% отношение Ca/S для этого случая равно 3,5. Выброс серы определяется исключительно ее содержанием в концентрате, поскольку другие шихтовые компоненты в данном случае не содержат серы, и составит, кг/т: 899·0,32/100 1000·0,1/100 1,88, где 0,32, 0,1 соответственно содержание S в концентрате и готовых окатышах, Потребное количество известняка в постели рассчитывается следующим образом, кг/т окатышей: 1,88·3,5·100/40 16,45, где 100/40 стехиометрический коэффициент пересчета расхода Ca в известняк.

Расход постели несложно получить из соотношения высот слоев постели и сырых окатышей при условии, что они обладают одинаковой насыпной массой: в традиционных способах обжига слоя постели 100 мм при высоте слоя обжигаемого материала 400 мм. Следовательно, отношение высот слоев постели и окатышей составит 100:400 или 1:4, т.е. расход постели будет равен 0,2 т/т (200 кг/т окатышей).

Тогда соотношение известняка и обожженного продукта в составе постели определится из: 16,45:(200 16,45) 16,45:183,55 1:10,
что отвечает нижнему заявленному пределу.

При этом крупность фракции известняка в постели составит:
12·2,0 24 мм.

Пример 2.

Содержание серы в концентрате 0,52% Выброс серы составит, кг/т окатышей:
899·0,52/100 1000·0,1/100 3,67.

Соотношение Ca/S для этого случая равно 5,0. Потребное количество известняка получаем из, кг/ окатышей:
3,67·5,0·100/40 45,9.

В этом случае соотношение известняка и обожженного продукта в постели составит:
45,9:(200 45,9) 45,9:154,1 1:2,
т. е. отвечает верхнему заявленному пределу. Для этого случая крупность фракции известняка в постели равна:
12·3,5 42 мм.

Эффективность предлагаемого технического решения целесообразно оценить при сопоставлении с показателями наиболее современных видов сероочистных установок, например, такой, как система LIFAC фирмы TAMPELLA.

Сравнительные показатели предлагаемого варианта очистки отходящих газов от серы и запатентованного фирмой TAMPELLA и реализованного на обжиговой машине АО "Карельский окатыш" представлены в таблице.

Таким образом, несомненно существенное преимущество предлагаемого способа обжига с улавливанием сернистых выбросов.

Следует отметить также, что способ может быть реализован без значительных капитальных вложений.

Формула изобретения

Способ производства окускованного сырья из сернистых материалов, включающий окомкование, укладку на машину слоев постели из смеси кусковых железосодержащего и CaO-содержащего материалов и шихты и их последующую термическую обработку, отличающийся тем, что в качестве CaO-содержащего материала используется известняковый флюс, а в качестве железосодержащего материала используют отсев термообработанного продукта, причем крупность известнякового флюса выбирают равной 2 3,5 калибров кусков отсева термообработанного продукта, а содержание флюса в постели поддерживают в пределах 1(2 -10).

РИСУНКИ

Рисунок 1