Утилізація відходів металургійного комплексу

Основну масу відходів цього комплексу представляють розкривні породи, що і уміщають, видобутку руд, відходи їх збагачення, металургійні шлаки.

Відходи видобутку залізної руди. У нашій країні найпоширенішим способом видобутку залізної руди є відкритий - шляхом створення кар'єрів глибиною до 300 м і більш. Поряд з розробкою залізної руди витягають і складують у відвали величезні маси розкривних порід, що і уміщають, обсяги яких становлять 30-70% від розроблювальної рудної маси. Найбільша кількість порід, що попутно добуваються, - це кристалічні сланці, кварцити, роговики і інші близькі до них скельні породи. Серед розкривних порід є і нескельні, в основному осадові - глини, піски, суглинки, вапняки і ін.

Скельні породи, попередньо розпушені вибуховим способом, розробляють екскаваторами і видаляють у відвали автомобільним або залізничним способом. По гранулометричному складу відвальні скельні породи являють собою неоднорідний матеріал від пилуватих і піщаних фракцій до брил розміром 1 м. Переважний гранулометричний склад 10-200 мм. Дійсна щільність цих порід залежить від включень заліза і перебуває в межах 2600-4100 кг/м³, середня - 3000 кг/м³.

Основним напрямком утилізації розкриву скельних і нескельних порід є використання їх для обладнання дамб обвалування, гребель, насипів, підстав доріг, для планувальних робіт, а також для виробництва будівельних матеріалів. Скельні породи широко використовуються для виробництва щебенів, який застосовують як великий заповнювач у важкі і особливо важких бетонах. На багатьох гірсько-збагачувальних комбінатах України побудовані щебеневі комплекси. Обсяги утвору цих відходів перевищують масштаби можливої переробки, і основним напрямком їх використання є зворотне засипання і рекультивація кар'єрів.

Відходи збагачення залізної руди - хвости утворюються при одержанні залізного концентрату методами електромагнітної або магнітної сепарації. Для розкриття і подальшого витягу рудних мінералів руду піддають здрібнюванню. Тонкість здрібнювання залежить від технології збагачення, характеру і ступеня оруденення сировини. Обсяги відходів становлять 40-60% від обсягу збагачуваного матеріалу.

Хвостове господарство - один із самих дорогих об'єктів збагачувального комплексу.

Частки хвостів мають кутасту і неправильну форму. Крім порожньої породи, у хвостах присутні частки залізовмісних мінералів у кількості 15-20%. Хвости являють собою незв'язний матеріал, середньозважений діаметр часток коливається в межах 0,05-0,2 мм, переважають частки розміром 0,07-0,005 мм. Дійсна щільність коливається в межах 2600-4000 кг/м3, середня - 3000 кг/м3. Видаляють хвости у хвостосховища гідравлічним способом у вигляді пульпи з Т: Ж, рівним від 1:10 до 1:30.

При скиданні пульпи у хвостосховище на надводних пляжах відбувається фракціонування хвостів по щільності і крупності. У зонах, близьких до випуску, відкладаються найбільш великі і важкі стики, зміст заліза в цих зонах може перевищувати 30%. По суті хвостосховища являють собою техногенні родовища корисних копалин, освоєння яких буде проводитися за допомогою більш прогресивних технологій збагачення. Технологія скидання пульпи повинна формувати зони з підвищеним вмістом заліза.

Хвостосховища займають величезні площі, підтоплюють прилягаючі території, забруднюють підземні води. надводні пляжі, Що підсихають, створюють інтенсивне пилення.

Основним напрямком утилізації хвостів збагачення є використання їх як вторинної сировини для виробництва будівельних матеріалів. Піски з відходів збагачення можуть використовуватися в кладкових і штукатурних розчинах, для готування бетонів, одержання силікатної цегли, обладнання штучних підстав під дороги, будинки, спорудження, для зворотних засипань, а також у якості сировини для одержання безклінерного шлакоцементу (спільне мливо піску з доменними шлаками).

Металургійні шлаки утворюються при виплавці металів і являють собою продукти високотемпературної взаємодії руди, порожньої породи, флюсів, палива. Їхній склад залежить від цих компонентів, виду виплавлюваного металу і особливостей металургійного процесу.

Металургійні шлаки підрозділяють на шлаки чорної і кольорової металургії. Залежно від характеру процесу і типу печей шлаки чорної металургії ділять на доменні, сталеплавильні (мартенівські, конверторні, електроплавильні), феросплавів, ваграночні.

Вихід доменних шлаків на 1 т чавуну становить 0,6-0,7 т; при виплавці 1 т стали вихід шлаків становить 0,1-0,3 т.

У кольоровій металургії вихід шлаків залежить від змісту металла, що вилучено, у вихідній шихті і може досягати 100-200 т на 1 т металу.

Сталеплавильні шлаки характеризуються більш високим змістом оксидів заліза (до 20%) і марганцю (до 10%). Так само, як і паливні шлаки, металургійні ділять на кислі і основні залежно від модуля основності. Оксиди, що входять у шлаки, утворюють різноманітні мінерали, такі як силікати, алюмосилікати, ферити і ін.

Шлаки мають високу дійсну щільність - середнє значення 2900- 3000 кг/м3; щільність шматка - 2200-2800 кг/м3, більшу пористість, високу морозостійкість, низьку стиранність.

Найпоширенішим способом переробки шлаків є грануляція - різке охолодження водою, парою або повітрям. Грануляції піддають в основному доменні шлаки. Утилізація доменних шлаків становить близько 60%, сталеплавильних - близько 30%.

Основним споживачем доменних гранульованих шлаків є цементна промисловість. У цементній промисловості також можливе використання повільне охолоджених сталеплавильних шлаків, шлаків феросплавів і шлаків кольорової металургії. Жужільні в'язкі підрозділяються на бесклинкерні (жужільний-жужільні-шлакові-сульфатно-жужільні і жужільний-жужільні-шлакові-вапняно-жужільні), шлаколужні і шлакопортландцемент. Жужільний^-жужільні-шлакові-сульфатно-жужільні в'язкі одержують спільним мливом доменних гранульованих шлаків (75-85%), гіпсу (10-15%) і невеликої добавки перевести (2%) або портландцементного клінкера. Такі цементи відрізняються хімічною стійкістю, їх використовують в агресивних середовищах. Жужільний-жужільні-шлакові-вапняно-жужільні цементи одержують спільним мливом доменного гранульованого шлаків і перевести (10-30%). Для регулювання строків схоплювання вводять до 5% гіпсу. Ці цементи по міцності уступають жужільний^-жужільним-шлаковим-сульфатно-жужільним цементам, мають низьку морозостійкість, але відрізняються високою стійкістю в агресивних водах.

Гранульовані доменні шлаки використовують як добавки до сировини (до 20%) при виробництві портландцементу замість глини або як активні добавки до портландцементному клінкеру.

Широке поширення одержав шлакопортландцемент - гідравлічне в'язке, одержуване спільним тонким мливом доменного гранульованого шлаків (21-80%), портландцементного клінкера і невеликої кількості гіпсу. Собівартість такого цементу знижується на 25-30%, у порівнянні з портландцементом. Шлакопортландцемент залежно від змісту шлаків використовують як звичайний цемент або як стійкий до дії агресивних вод.

Шлаколужні цементи - це гідравлічні в'язкі, одержувані спільним мливом доменних гранульованих шлаків і лужних компонентів - кальцинованої або каустичної соди, рідкого скла. Оптимальний зміст лужних з'єднань у в'язкому в перерахуванні на Na,0 становить 2-5% від маси шлаків. Замість лужних компонентів використовують відходи їх виробництва. Шлаколужні в'язкі мають високу міцність, водостійкість, водонепроникність, корозійну стійкість, біостійкістю і термостійкістю. Бетони з таких цементів мають перераховані переваги, крім того, вони стійкі до дії бензину і інших нафтопродуктів і слабких розчинів органічних кислот. Вони здатні твердіти при негативних температурах.

Шлаколужні цементи використовують у будівництві, а також для знешкодження радіоактивних і токсичних відходів, що містять важкі метали (шлами гальванічного виробництва, шлами водоочищення, золошпатові відходи термічного знешкодження).

З металургійних шлаків одержують жужільний щебені шляхом дроблення відвальних металургійних шлаків або за спеціальною технологією виготовляють литому щебені. При виробництві цього матеріалу вогненно- рідкий жужільний розплав зі шлаковозних ковшів зливається шарами товщиною 250-500 мм на спеціальні ливарні майданчики або траншеї. Через 2-3 години він кристалізується на відкритім повітрі, потім його прохолоджують водою, що приводить до розвитку тріщин. Жужільні масиви розробляють екскаваторами з наступним дробленням і просіванням.

Необхідною умовою одержання щебенів з металургійних шлаків є стійкість їх до розпаду. Шлаки, що пролежали 3-5 місяців у відвалах, як правило, мають стабільний склад.

Литий жужільний щебені характеризується високими морозостійкістю і жаростійкістю, опором до стирання.

У будівництві застосовуються різні типи бетонів з в'язкими і заповнювачами на основі металургійних шлаків.

Для особливо важких і важких бетонів (щільністю 2600-1800 кг/м3) у якості великих заповнювачів використовують литий або відвальний щебені, у якості дрібного заповнювача - гранульований доменний шлаки. При виробництві легких жужільних бетонів (щільністю менш 1800 кг/м3) у якості заповнювачів використовують щебені на основі жужільної пемзи. Жужільну пемзу одержують спучуванням жужільного розплаву при швидкім охолодженні водою, повітрям, а також при впливі мінеральних газоутворювачів. Потім шляхом дроблення і просівання одержують фракційний щебені. Жужільний щебені застосовують також у дорожньому будівництві для обладнання підстав і асфальтобетонних покриттів.

Металургійні шлаки використовують для виробництва жужільної вати. Жужільну вату застосовують як ізоляційний матеріал, а за допомогою різних органічних і неорганічних в'язких з неї виготовляють різноманітні теплоізоляційні вироби.

З розплавлених металургійних шлаків відливають камені для мощення доріг і підлог промислових будинків, бордюрний камінь, протикорозійні плитки, труби і інші вироби. По зносостійкості, жаростійкості і ряду інших властивостей жужільне лиття перевершує залізобетон і сталь.

Металургійні шлаки використовують для виробництва шлакоситалових виробів. Виробництво їх полягає у варінні жужільних стекол, формуванні і наступної їхньої кристалізації. Шихта для одержання стекол складається зі шлаків, піску, лужноємких і інших добавок. Шлакоситалями характеризуються високими фізико-механічними властивостями. Міцність їх близька до міцності чавуну і стали, але шлакоситали в три рази легше. Вони легко обробляються, шліфуються, ріжуться. Шлакоситали широко застосовуються в будівництві. Плитами з листового шлакоситала облицьовують цоколі і фасади будинків, обробляють внутрішні стіни і перегородки, виконують із них огородження балконів, покрівлі, сходові марші, підвіконня, підлоги промислових будинків, виготовляють труби, високовольтні ізолятори і інші вироби.

При виробництві феросплавів утворюються шлаки, що містять до 15- 20% металевих включень. Феросплавні шлаки переробляють на щебені, пісок, борошно, використовують при виплавці стали, феросплавів, у цементній промисловості, у виробництві жужільного лиття, шлакоситалів і інших будівельних матеріалів.

Шлаки кольорової металургії відрізняються більшою різноманітністю. Вихід шлаків кольорової металургії на одиницю виплавленого металу значно більше, ніж шлаків чорної металургії. Так, на 1 т нікелю утворюється до 150 т шлаків, на 1 т міді - 10-30 т. У шлаках утримується до 60% оксидів заліза, оксиди кремнію, алюмінію, кальцію, магнію, а також значна кількість таких коштовних компонентів, як мідь, кобальт, цинк, свинець, кадмій, рідкі метали. Перспективним напрямком їх використання є комплексна переробка, що включає попередній витяг кольорових і рідких металів, заліза з наступним використанням силікатного залишку для виробництва будівельних матеріалів аналогічно шлакам чорної металургії.

У чорній і кольоровій металургії утворюється величезна кількість пилів і шламів, значна кількість їх нагромадилася також у шламонакопичувачах і відвалах. Ці відходи містять у своєму складі з'єднання заліза, магнію, марганцю, кальцію, цинку, свинцю, сірки і інших елементів.

Пили і шлами металургійних виробництв можна розділити на дві групи: до першої групи ставляться продукти очищення димових газів. Залізовмісні пили і шлами утворюються при очищенні газів доменного, агломераційного і сталеплавильного виробництв. Концентрація заліза в них - у межах 35-55%, у деяких випадках вона перевищує 68%, тобто перевищує зміст заліза в залізорудному концентраті. На старих заводах залізовмісні пили і шлами скидають у відвали і шламонакопичувачі через відсутність або недоліку встаткування по їхній підготовці до використання. На нових заводах ці пили і шлами використовують у технологічних процесах шляхом добавки до агломераційної шихти. При використанні шлами попередньо збезводнюють до вологості 8-9%, з них видаляють шкідливі домішки, такі як сірка, цинк, свинець, лужні метали, а потім механічним або термічним способом при додаванні в'язких формують шматки певних розмірів.

Іншим способом утилізації залізовмісних пилів є включення їх до складу шихти при виробництві цементів, фарб, барвників.

Графітовий пил утворюється при випуску чавуну з доменної печі, заливанню його в міксер, транспортуванню, розливанню у форми. Зміст графіту в пилу металургійних цехів різних підприємств коливається в межах 30-80%. Графітовий пил являє собою лусочки графіту і їх зростки, що виділяються з розплаву чавуну в основному при його переливах. Графить є важливою промисловою сировиною. Він використовується в чорній металургії при виготовленні електродів електросталеплавильних і феросплавних печей, тиглів для плавки стали і кольорових металів, у ливарнім виробництві при виготовленні присипок внутрішніх поверхонь форм для запобігання виливків від пригару, при одержанні графито-колоїдних фарб для підмазки ливарних форм, для одержання графито-керамічних мас, з яких готовлять ливарні форми, в електротехніку для гальванічних елементів і лужних акумуляторах, в атомній енергетиці для виготовлення стрижнів-сповільнювачів нейтронів, у реактивній техніці в якості особливо термостійкого матеріалу, у машинобудуванні в якості порошкоподібного мастильного матеріалу. Крім того, графить застосовують при виготовленні штучних алмазів, металокераміки, різних пластмас, олівців і присадок для зняття статичної електрики.

Потреба в графіті постійно росте. Копалини графитомісткі руди характеризуються порівняно низьким змістом графіту. Для одержання 1 т графіту з таких руд переробляють до 20 т руди. У промисловості використовує також дорогий штучний графіт, який виготовляють на основі коксу і антрациту. Тому графітовий пил підприємств чорної металургії є коштовною вторинною сировиною. Ресурси графітових відходів оцінюються мільйонами тонн. Значна частина їх надходить у відвали і розноситься вітром на більші відстані.

У цей час розроблено два напрямки утилізації графітовому пилу. Для підприємств, де зміст у пилу графіту особливо високе (60- 90%), передбачається одержувати товарний графіт на самих виробництвах. Процес цей включає такі операції, як здрібнювання, флотаційне збагачення по стандартних схемах. Надалі концентрат зазнає хімічному доведенню. Отриманий продукт передбачається використовувати на самім підприємстві. Інший напрямок утилізації полягає в збагаченні графітового пилу на металургійних підприємствах і наступної переробки отриманого концентрату на спеціалізованих графітових заводах разом з викопною графітовою рудою. Графить, виготовлений при спільній переробці, не уступає по якості графіту, виготовленому з однієї руди, а іноді перевершує останній.

Графітовий пил, що містить у своєму складі менш 60% графіту, може бути використана для готування теплоізоляційних сумішей у ливарнім виробництві.

Сіркомісткі шлами утворюються при очищенні газів агломераційних виробництв від оксидів сірки за допомогою вапнякових суспензій. Такі ж шлами утворюються при очищенні газів від оксидів сірки на ТЕЦ і інших виробництвах. У результаті очищення утворюються погано розчинний у воді сульфіт кальцію, добре розчинний сульфат кальцію, а також у невеликій кількості добре розчинні бісульфіт кальцію і гіпс. Основна частина цих шламів надходить у шламосховища і не використовується.

У цей час розроблені рекомендації з утилізації шламів сіркоочищення. Для використання в цементній промисловості рекомендується їх спочатку піддати випалу при температурі 1100-1150° С, що дозволить перевести частина сірки зі шламу в диоксид сірки, а потім використовувати для виробництва сірчаної кислоти. Далі сухий шлам можна використовувати як добавку до шихти при виробництві цементу. Іншим напрямком утилізації сіркоємних шламів є застосування їх у сільськім господарстві в якості меліоранта для кислих, опідзолених і солонцюватих ґрунтів. Шлам є додатковим джерелом сірки, кальцію, дозволяє нейтралізувати підвищену кислотність ґрунтів.

Що утворюється при очищенні стічних вод трубопрокатного виробництва шлам містить окалину і масла. У процесі очищення в первинних відстійниках відділяється велика окалина, яка періодично вилучаються з відстійника і утилізується в якості добавки до агломераційної шихти. У вторинних відстійниках уловлюється дрібна окалина і маслопродукти. Маслопродукти погіршують міцність гранул шихти, знижують її газопроникність. Тому шихту попередньо обробляють вапняком або шламами інших металургійних виробництв, а потім використовують в агломераційнім або сталеплавильнім виробництвах. Іншим способом підготовки замасленої окалини до утилізації є обробка її рідким сталеплавильним шлаками. Збагачений окалиною застиглий шлаки є коштовною металургійною сировиною.

Поиск по сайту: