Пирометаллургический способ утилизации отходов хроматного производства
Владельцы патента RU 2651173:
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) (RU)
Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ утилизации отходов хроматного производства включает смешение исходных дисперсных материалов и плавку в электродуговой печи при температуре от 1100 до 1400°С с пирометаллургическим получением феррохрома. В качестве исходных дисперсных материалов используют шлам хроматного производства, содержащий оксиды хрома, железа и шлакообразующие компоненты, и алюминиевую стружку при следующем соотношении компонентов сухой массы, мас.%: шлам хроматного производства 79-62, алюминиевая стружка 21-38. Изобретение позволяет упростить процесс утилизации отходов хроматного производства, его аппаратурное оформление при одновременном повышении степени извлечения соединений хрома из шлама и его обезвреживании. 1 ил.
Изобретение относится к химической промышленности, а именно к способам утилизации отходов хроматного производства, и может быть использовано при производстве феррохрома в процесс утилизации хроматного шлама.
Использование рудного сырья неизбежно сопровождается образованием техногенных отходов. В большинстве случаев они по ряду причин не используются, а их хранение несет в себе угрозу окружающей среде. Наибольшую опасность представляют техногенные образования содержащие токсичные элементы. К ним в первую очередь относятся шламы хроматного производства. Коренным недостатком действующей технологии переработки хромовых руд является образование высокотоксичного отхода производства - шлама, складируемого в шламонакопиталях.
Известен [1] способ переработки шлама обработкой его серной кислотой при 70-100°С и соотношении Ж:Т=3÷8. Образовавшийся раствор сульфата магния и хромовой кислоты отделяется от твердой фазы. Из этого раствора производят восстановление хрома и его осаждение в виде гидроокиси хрома при 40-90°С, используя при этом карбонат натрия. Оставшийся раствор снова обрабатывается карбонатом натрия для осаждения магния в виде карбоната или гидрокарбоната.
Недостатком способа [1] является нерациональность использования серной кислоты, которая реагирует практически со всеми компонентами шлама (магнием, кальцием, хромом, алюминием, железом). При этом возникает необходимость сложной очистки растворов сульфата магния, которая требует дополнительного расхода карбоната натрия для выделения карбоната магния в осадок. В результате образуются два вида отходов: раствор сульфата натрия, требующий переработки, и вторичный шлам.
Наиболее близким по существу заявляемого изобретения прототипом является способ [2] переработки шлама хроматного производства, включающий обработку его пульпы (Ж:Т=20÷40) углекислым газом в присутствии сульфата кальция (0,8 мас.ч./мас.ч. шлама) при 20-40°С в течение 8 часов, отделение твердой фазы от раствора, содержащего: 11,8 г/л MgO; 1,52 г/л CrO3; 0,22 г/л СаО, осаждение основного карбоната магния при 80°С в течение 30-60 мин. Сухой осадок основного карбоната магния содержит 54,34 (MgO; 28,9% CO2. Согласно изобретению из свежих шламов (не со шламовых прудов), полученных в производстве хромата натрия с использованием доломита, удается полностью извлечь водорастворимый хром и на 90-95% оксид магния. Состав сухого шлама после обработки углекислотой, %: СаО=49,8-53,4; MgO=2,8-5,2; CrO3 в.р. - отс.; CrO3 общ. - 1,2-1,6.
Недостатками метода [2] являются высокий расход сернокислого кальция (0,8 в.ч./в.ч. шлама); получение значительного количества растворов, затрудняющее их дальнейшее использование; присутствие в растворах, поступающих на выделение основного карбоната магния, сульфата магния, что ведет к загрязнению конечного продукта сульфат ионом; карбонизация на одной стадии не менее 8 часов.
Целью предлагаемого изобретения является упрощение процесса и его аппаратурного оформления при одновременном повышении степени извлечения из шлама соединений хрома, его обезвреживании и переработке.
Цели достигают тем, что отходы хроматного производства подвергаются пирометаллургической обработке в плавильном агрегате.
Технический результат - получение высококачественных лигатур из отходов хроматного производства пирометаллургическим способом.
Для выбора оптимальных условий термической обработки шламов хроматного производства было проведено термодинамическое моделирование поведения хрома в различных условиях. Анализировалось влияние температуры и окислительно-восстановительной среды на поведение хрома. Анализ проводился методом определения минимума энергии Гиббса системы. При этом осуществляется расчет количества компонентов многоэлементной и многофазной системы в равновесном состоянии при заданных температуре, давлении и элементном составе. Установлено, что для термической обработки шламов оптимальным является интервал температур от 1100 до 1400°С, обеспечивающий перевод хрома в безопасную форму.
Заявляемое изобретение может быть осуществлено, например, следующим путем. В качестве хромсодержащих отходов были исследованы шламы Кокшанского хромпикового завода, копившиеся 75 лет. Химический состав шлама представлен следующими элементами (мас.%): Cr - 44,8-45,7; Са - 38,8-40,4; Fe - 5,8-5,9; Al - 4,5-5,5; Si - 4,1-4,5. Анализ состава шлама позволяет сделать вывод о том, что указанный материал содержит все необходимые элементы и в достаточном количестве, чтобы синтезировать феррохром, например, марки ФХ900Б ГОСТ 4757-91. Однако, эти элементы (Cr, Fe, Si) находятся в связанном состоянии. Кроме того, в шламе хроматного производства, помимо оксидов хрома и железа, содержатся значительные количества шлакообразущих компонентов, которые формируют шлаковую фазу процесса пирометаллургической переработки. В качестве восстановителя металлических элементов используется алюминиевая стружка.
Компоненты имеют следующее соотношение, (мас.%):
Шлам хроматного производства 79-62
Алюминиевая стружка 21-38
Дисперсный шлам хроматного производства и алюминиевая стружка в сухом состоянии перемешиваются и загружаются в электродуговую печь. Температура электрической дуги значительно превышает необходимые для синтезирования феррохрома 1400°С. Соединения кальция, содержащиеся в шлаке, формируют жидкоподвижную шлаковую фазу, оказывающую рафинирующее действие на металлическую фазу процесса.
На чертеже приведена Таблица, где представлены экспериментальные данные, а именно результаты исследований, где был определен состав смеси, который обеспечивает получение металлического феррохрома.
Анализ данных таблицы позволяет сделать вывод о том, что если содержание (мас.%) какого-либо компонента в смесях выходит за рамки заявленного, то есть для шлама хроматного производства 79-62; алюминиевой стружки 21-38, выход металлического феррохрома в процессе плавки резко снижается, поэтому оптимальным содержанием алюминиевой стружки в составе композиции находится в пределах от 21 до 38% и шлама хроматного производства от 62 до 79 (мас.%).
Таким образом, предлагаемый пирометаллургический способ позволяет утилизировать отходы хроматного производства с получением металлического феррохрома без использования невозобновляемых рудных материалов. Полученный металл при необходимости можно дошихтовать и без дополнительных металлургических операций использовать в качестве лигатуры для изготовления фасонных отливок.
Использованные источники
1. Патент РФ №2083497, Заявка 95 95100748, 17.01.1995.
2. А.С. СССР №689950.
Способ утилизации отходов хроматного производства, отличающийся тем, что он включает смешение исходных дисперсных материалов и плавку в электродуговой печи при температуре от 1100 до 1400°С с пирометаллургическим получением феррохрома, при этом в качестве исходных дисперсных материалов используют шлам хроматного производства, содержащий оксиды хрома, железа и шлакообразующие компоненты, и алюминиевую стружку при следующем соотношении компонентов сухой массы, мас.%: шлам хроматного производства 79-62; алюминиевая стружка 21-38.
