Способ переработки золошлаковых отходов тепловых электростанций

Изобретение относится к переработке золошлаковых отходов тепловых электростанций. Технический результат - повышение комплексного извлечения всех ценных составляющих, находящихся в золошлаковых отходах. Способ включает выделение стеклянных микросфер из общей массы отходов агитацией из пульпы в течение 10-12 минут при соотношении жидкого к твердому Ж:Т=3:1-5:1 с последующим отстоем и снятием их с поверхности пульпы. Выделение несгоревших органических остатков проводят после их измельчения методом флотации. После флотации проводят ступенчатую магнитную сепарацию. Измельчение несгоревших органических остатков проводят до 90% класса - 0,044 мм. Флотацию несгоревших органических остатков проводят при рН исходном равном 7 и рН флотации равном 9 при расходе керосина в пределах 45-70 г/т для основной флотации и в пределах 25-40 г/т для контрольной флотации. Ступенчатую магнитную сепарацию проводят сначала в слабом магнитном поле при 50-150 мТл, а затем в магнитных полях с нарастанием напряженности по ступеням по 200 мТл от 500 до 1700 мТл. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к переработке золошлаковых отходов тепловых электростанций с целью их дальнейшей утилизации и концентрации ценных элементов в продуктах переработки.

Известен способ переработки промышленных отходов, заключающийся в том, что отходы подвергают магнитной сепарации, обрабатываемые промышленные отходы сначала улавливают из дымовых газов на осадительном оборудовании, в котором происходит селективный отбор отходов по крупности частиц, или по их гравитационным или электромагнитным характеристикам, или по химическому составу. Затем отобранные продукты поступают на многоступенчатую селективную магнитную сепарацию, включающую в себя слабомагнитную высокоградиентную и магнитную сепарацию в бегущем поле, на первой стадии которой в слабомагнитном поле от 0,08 до 0,012 Тл происходит выделение в магнитную фракцию основной части окиси железа, немагнитную фракцию подают на вторую стадию высокоградиентной магнитной сепарации, где происходит выделение оставшейся части железосодержащих компонентов, находящихся в сростках с редкоземельными и другими ценными металлами, немагнитная фракция после высокоградиентной магнитной сепарации является готовым сырьем для получения строительных материалов, магнитные фракции после первой и второй стадий магнитной сепарации объединяют и подают на сепаратор с бегущим полем, где происходит разделение на сильно- и слабомагнитные фракции, при этом сильномагнитная фракция является готовым металлургическим сырьем, а в слабомагнитной фракции концентрируется основная часть редкоземельных и других ценных элементов, которые затем направляют на гидрометаллургическое извлечение (см. описание изобретения к заявке №94018733, С 22 В 7/00).

К недостаткам известного способа следует отнести:

- высокую сложность как технологического процесса в системе магнитных сепараторов различных модификаций, так и сложность конструкции высокоградиентного сепаратора с бегущим магнитным полем;

- отсутствует получение хотя бы одного кондиционного концентрата по цветным металлам;

- отсутствует комплексное извлечение всех ценных компонентов, находящихся в исходной золе;

- необходимо иметь большое количество магнитных сепараторов различных модификаций, что очень дорогостояще, и, несмотря на это, полного разделения слабо- и сильномагнитных фракций не обеспечивается, так как в сростках одной фракции с другой находится большое количество золы.

Известен способ переработки золошлаковых смесей тепловых электростанций (см. а.с. №1697885, В 03 В 7/00), включающий разделение смеси на легкую и тяжелую фракции и последующий вывод легкой фракции, легкую фракцию подвергают в герметичном сосуде давлению жидкости с последующим сбором полых стеклянных микросфер в верхней части сосуда, а несгоревших органических остатков в нижней части сосуда.

Недостатки известного способа заключаются в следующем:

- сложность аппаратуры и технологии по выделению стеклянных микросфер из легкой фракции;

- сложность технологии по выделению несгоревших органических остатков, поскольку при указанной технологии невозможно добиться полного их выделения;

- ввиду того, что переход стеклянных микросфер наблюдается не только в легкую фракцию, но и в тяжелую, их извлечение снижается в конечную продукцию;

- отсутствует комплексное извлечение всех ценных компонентов, содержащихся в золе;

- отсутствует получение хотя бы одного кондиционного концентрата по цветным металлам.

Наиболее близким к предложенному является способ переработки золошлаковых отходов тепловых электростанций, включающий выделение стеклянных микросфер из общей массы отходов агитацией из пульпы с последующим отстоем и снятием их с поверхности, выделение несгоревших органических остатков методом флотации (см. а.с. СССР №1176952, Кл. В 03 В 9/04, опубл. 07.09.1985).

Недостатком этого способа является низкое извлечение стеклянных микросфер.

Задачей изобретения является повышение комплексного извлечения всех ценных составляющих, находящихся в золошлаковых отходах.

Технический результат достигается тем, что в способе переработки золошлаковых отходов тепловых электростанций, включающем выделение стеклянных микросфер из общей массы отходов агитацией из пульпы с последующим отстоем и снятием их с поверхности, выделение несгоревших органических остатков методом флотации, агитацию проводят в течение 10-12 минут при соотношении жидкого к твердому от 3:1 до 5:1, при этом несгоревшие органические остатки выделяют в нижней части сосуда и подвергают флотации после измельчения, причем после флотации проводят ступенчатую магнитную сепарацию.

Измельчение несгоревших органических остатков проводят до 90% класса - 0,044 мм.

Флотацию несгоревших органических остатков проводят при рН исходном равном 7 и рН флотации равном 9 при расходе керосина в пределах 45-70 г/т для основной флотации и в пределах 25-40 г/т для контрольной флотации.

Ступенчатую магнитную сепарацию проводят сначала в слабом магнитном поле при 50-150 мТл, а затем в магнитных полях с нарастанием напряженности по ступеням по 200 мТл от 500 до 1700 мТл (миллитеслов).

Выделение стеклянных микросфер проводят из общей массы золы, благодаря этому удается выделить микросферы в полной мере и не потерять их в тяжелой фракции при разделении золы на легкую и тяжелую фракции.

Благодаря использованию агитации при выделении микросфер обеспечивается простота технологии и использование простого недорогого оборудования, как, например, чан с мешалкой.

Благодаря кратковременной агитации в течение 10-12 минут обеспечивается практически полное всплытие микросфер на поверхность пульпы, где они удерживаются благодаря своему легкому весу.

Проведение агитации менее чем за 10 минут не обеспечивает полноты всплытия микросфер, а проведением агитации более 12 минут затрачивается лишнее время, а результат остается прежний, который получен за время агитации 12 минут.

При этом пульпа, состоящая из жидкого и твердого в соотношении Ж:Т=3-5:1, в полной мере обеспечивает выделение микросфер из общей массы золы и их всплытие.

Проведением агитации пульпы при соотношении в ней Ж:Т менее чем 3:1 не обеспечивается полнота всплытия всех микросфер, при этом наблюдается большое количество микросфер, запутанных в общей массе пульпы, т.е. пульпа плотная.

Проведением агитации пульпы при соотношении в ней Ж:Т более чем 5:1 наблюдается излишнее количество циркулирующей пульпы и значительное увеличение жидкого в пульпе, что не дает положительных результатов в извлечении микросфер.

Благодаря нахождению микросфер в пачуке на поверхности пульпы обеспечивается их полный съем с поверхности простым съемником.

Благодаря проведению измельчения до 90% класса - 0,044 мм несгоревших органических остатков после удаления микросфер происходит дополнительное раскрытие сростков легкой и тяжелой фракции и выделение из этих двух фракций органических остатков.

Это при последующей флотации обеспечивает повышенное извлечение органических остатков в отдельный концентрат, концентрат контрольной флотации и промпродукт с высоким извлечением в них редкоземельных элементов, поскольку органические остатки являются сорбентом для редкоземельных элементов (РЗЭ). При этом повышается степень разделения легкой и тяжелой фракции при ступенчатой магнитной сепарации.

Проведение измельчения несгоревших органических остатков после удаления микросфер до 90% класса менее чем - 0,044 мм не обеспечивает в полной мере раскрытие сростков в легкой и в тяжелой фракциях и выделение из них органических остатков. В результате этого наблюдается недостаточно полное разделение легкой и тяжелой фракций и неполное высвобождение органических остатков из этих двух фракций.

Проведение измельчения менее чем до 90% класса - 0,044 мм не обеспечивает раскрытия сростков легкой и тяжелой фракций в полном объеме, так как часть золы осталась недоизмельченной и значительное количество сростков осталось незатронутым доизмельчением.

Благодаря проведению флотации при рН исходном равном 7 и рН флотации равном 9 при расходе керосина в пределах 45-70 г/т для основной флотации и в пределах 25-40 г/т для контрольной флотации обеспечивается оптимальный выход концентрата, промпродукта и концентрата контрольной флотации, в которых сосредотачивается основная масса органических остатков.

Проведение основной и контрольной флотации при рН исходном менее чем 7 не обеспечивает в полной мере (за время флотации) извлечение концентрата, при этом получаются хвосты с высоким содержанием органических остатков, а при проведении флотации при рН_исх. более чем 7 происходит засорение концентрата золой.

Подобное явление наблюдается и при рН флотации, т.е. при рН флотации менее 9 не обеспечивается в полной мере извлечение концентрата за время флотации и при рН флотации более 9 получаются хвосты с высоким содержанием органических остатков.

Проведение основной флотации при расходе керосина менее чем 45 г/т обеспечивает малый выход концентрата, а соответственно и низкое извлечение в него органических остатков.

Проведение основной флотации при расходе керосина более чем 70 г/т обеспечивает увеличенный выход концентрата, а соответственно и засорение его золой. В результате получается концентрат с низким содержанием органических остатков, хотя извлечение увеличивается незначительно.

Проведение контрольной флотации при расходе керосина менее чем 25 г/т не обеспечивает максимально необходимый выход концентрата и промпродукта контрольной флотации, при этом снижается извлечение органических остатков в эти продукты.

Проведение контрольной флотации при расходе керосина более чем 40 г/т наблюдается повышенный выход промпродукта и концентрата контрольной флотации. Это создает засорение их золой, но не увеличивает извлечение в эти продукты органических остатков.

Благодаря проведению магнитной сепарации сначала в слабом магнитном поле при 50-150 мТл, а затем в магнитных полях с нарастанием напряженности по ступеням по 200 мТл от 500 до 1700 мТл обеспечивается в конечном итоге выход легкой фракции, по своему составу соответствующей алюмосиликатному концентрату (нефелиновый концентрат), который перерабатывает Пикалевский глиноземный завод на глинозем и две тяжелых фракции с высоким содержанием железа, которые возможно перерабатывать в доменном процессе на получение чугуна.

Проведение сначала магнитной сепарации в слабом магнитном поле при напряженности магнитного поля менее 50 мТл не обеспечивает полностью вывод сильномагнитной фракции, а проведение магнитной сепарации в магнитном поле при напряженности свыше 150 мТл увлекает в сильномагнитную фракцию и слабомагнитные частички золы. Поэтому предложенный диапазон напряженности магнитного поля явился оптимальным для вывода сильномагнитных частичек золы в начале магнитной сепарации.

В дальнейшем благодаря проведению ступенчатой магнитной сепарации легкой слабомагнитной фракции с нарастанием в каждой ступени напряженности на 200 мТл и так до максимального значения напряженности 1700 мТл происходит очистка легкой слабомагнитной фракции от тяжелой фракции, содержащей в основном оксиды железа.

Проведение ступенчатой магнитной сепарации с нарастанием напряженности в каждой ступени менее чем 200 мТл не обеспечивает контрастную картину по содержанию оксидов алюминия и железа в продуктах разделения. При увеличении напряженности свыше 200 мТл происходит большой захват оксидов алюминия и железа по продуктам разделения.

Проведение ступенчатой магнитной сепарации свыше максимального значения 1700 мТл не имеет смысла, так как после выделения алюмосиликатного концентрата, соответствующего по своему химическому составу нефелиновому концентрату, дальнейшая его очистка от оксидов железа к положительным результатам не приводит, а только сокращает количество нефелинового концентрата.

Пример.

Для проведения полупромышленных испытаний по переработке золошлаковых отходов была взята проба из отвалов Алексинской ТЭЦ (Тульская обл.) в количестве 5,2 тонны, содержащая: оксида кремния 46,0%, оксида алюминия 35,2%, оксида железа 7,65%, оксида кальция 3,92, углерода органического 0,35%, оксида калия 0,48%, сумма редкоземельных элементов (РЗЭ) ˜1 кг/т.

Используя данные укрупненно-лабораторных опытов, была разработана, а затем опробирована технологическая схема полупромышленных испытаний, по которой наработаны алюмосиликатный концентрат и железные промпродукты №1 и №2, а также выделены в отдельные продукты стеклянные полые микросферы и органические остатки.

Химический состав (см. таблицу 1) и принципиальная технологическая схема полупромышленных испытаний по разделению исходных золошлаковых отходов на алюмосиликатный концентрат, железные промпродукты №1 и №2, стеклянные полые микросферы и концентрат, содержащий органические остатки, в отдельные продукты представлены на чертеже.

В начале технологической схемы полупромышленных испытаний предусмотрено двухстадийное выделение крупных несгоревших частиц угля, спекшейся золы и графитизированной породы, а также всех крупных инородных включений посредством мокрой 1-ой и 2-ой стадии грохочения.

Первая стадия грохочения позволила выделить частицы +3 мм, вторая +1 мм. Частицы -1 мм поступали на агитацию в мешалку, где после 10 минутной агитации и последующего отстоя микросферы всплывали на поверхность пульпы, где обыкновенным гребком их снимали с поверхности пульпы. При этом пульпа имела Ж:Т=3:1. Время перемешивания и принятая плотность пульпы были достаточны для выделения микросфер из общей массы золошлаковых отходов и их возможного всплытия на поверхность.

Затем пульпа поступала в мельницу мокрого помола, где происходило измельчение несгоревших органических остатков до 90% класса - 0,044 мм. При этом происходило дополнительное раскрытие сростков в легкой и тяжелой фракциях и выделение из них органических остатков.

Подготовленная пульпа поступала на флотацию для выделения в отдельный продукт органических остатков.

Основную флотацию проводили при рН исходном равном 7 и рН флотации равном 9 при расходе керосина 70 г/т. Контрольную флотацию проводили при снижении расхода керосина до 40 г/т. При этом за счет повышенного расхода керосина при основной флотации был обеспечен повышенный выход угольного концентрата, промпродукта, концентрата контрольной флотации, в которые вошли органические остатки и все частички со сростками органических остатков.

Это обеспечило высокий уровень в этих продуктах содержания редкоземельных элементов, так как органические остатки явились главным сорбентом для редкоземельных элементов. Суммарное содержание редкоземельных элементов в этих продуктах составило около 18 кг/т.

Химический состав полученных материалов
Наименование	Содержание, %
алюмосиликатный концентрат (нефелиновый концентрат)	железный промпродукт №1	железный промпродукт №2	проссор (крупные куски +1 мм)	микросферы
Окись кремния	45,54	26,38	33,28	30,60	44,16
Окись алюминия	37,47	23,06	26,02	27,08	40,62
Окись железа	3,09	50,08	36,44	5,22	3,06
Окись кальция	4,34	1,75	3,14	4,37	4,26
Окись магния	0,23	0,24	0,30	1,22	1,18
Окись калия	0,47	0,04	0,05	0,33	не опр.
Окись натрия	0,16	0,01	0,01	0,05	не опр.
П.П.П.	3,48	0,10	0,84	1,93	4,54
Медь	0,003	0,007	0,005	0,092	0,018
Цинк	0,022	0,042	0,034	0,031	0,043
Свинец	0,008	0,011	0,011	0,011	0,014
Кобальт	0,004	0,04	0,004	0,009	0,004
Никель	0,007	0,019	0,017	0,017	0,0094

После флотации и выделения в концентраты и промпродукт органических остатков хвосты флотации поступали на 1-ую магнитную сепарацию, на которой использовали невысокую напряженность магнитного поля, равную 100 мТл. При этом выделили сильномагнитные тяжелые частички с высоким содержанием окислов железа в отдельный промпродукт, а легкие частички, содержащие значительно меньше окислов железа, поступили на дальнейшую ступенчатую магнитную сепарацию в магнитных полях с нарастанием напряженности по ступеням по 200 мТл от 500 до 1700 мТл. При этом в последней стадии магнитной сепарации была выделена легкая фракция - алюмосиликатный концентрат, содержащий 37,47% Al₂О₃ и 3,09% Fe₂О₃. Извлечение в конечную легкую алюмосиликатную фракцию составило Al₂О₃ 91,80% и Fe₂О₃ 34,92%. Полученная легкая алюмосиликатная фракция по своему химсоставу соответствует нефелиновому концентрату, который перерабатывает Пикалевский глиноземный завод. Поэтому есть все основания для переработки легкой алюмосиликатной фракции использовать технологическую схему Пикалевского завода и направлять алюмосиликатный концентрат на этот завод на получение глинозема. Полученный концентра, имеющий основное количество органических остатков, содержал ˜18,0% кг/т редкоземельных элементов (РЗЭ) и может использоваться как исходное сырье для получения редкоземельных элементов.

Полученные полые стеклянные микросферы после определенной доочистки от вовлеченных посторонних предметов могут использованы по своему назначению.

Выделенные две тяжелые фракции с повышенным содержанием железа могут быть переработаны в доменном процессе на получение чугуна или после доочистки на получение железного суперконцентрата, который используется в порошковой металлургии или в лакокрасочной промышленности.

1. Способ переработки золошлаковых отходов тепловых электростанций, включающий выделение стеклянных микросфер из общей массы отходов агитацией из пульпы с последующим отстоем и снятием их с поверхности, выделение несгоревших органических остатков методом флотации, отличающийся тем, что агитацию проводят в течение 10-12 мин при соотношении жидкого к твердому от 3:1 до 5:1, при этом несгоревшие органические остатки выделяют в нижней части сосуда и подвергают флотации после измельчения, причем после флотации проводят ступенчатую магнитную сепарацию.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измельчение несгоревших органических остатков проводят до 90% класса -0,044 мм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что флотацию несгоревших органических остатков проводят при рН исходном 7 и рН флотации 9, при расходе керосина в пределах 45-70 г/т для основной флотации и в пределах 25-40 г/т для контрольной флотации.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что ступенчатую магнитную сепарацию проводят сначала в слабом магнитном поле при 50-150 мТл, а затем в магнитных полях с нарастанием напряженности по ступеням по 200 мТл от 500 до 1700 мТл.