Введение к работе
Актуальность теми. Комплексное использование сырья и отцов металлургического производства является актуальным нап-івлениєм науно-технического прогресса. Это обусловлено рядом ізревших экономических и экологических проблем, особенно в та-)й богатой сырьевыми ресурсами стране, как Казахстан.
Богат Казахстан и ванадиевыми ресурсами. Однако, б отличие традиционно существующих в мире, ванадий в республике скон-штерирован в нетрадиционных источниках, таких, например, как іемнисто-ванадиевне сланцы Каратау, содержащие 0,6--1,0 7.VJ)5 Лисаковские бурые иелезняки - 0,06-0,1 1УХ05.
В институте металлургии и обогащения в 70-80 годах была ізработана принципиально новая технология комплексной перера->тки ванадиевых кварцитов при электротермической получении їлтого фосфора, где они могут использоваться в качестве замены шчного флюса. При этом, наряду с фосфором, в качестве побочно продукта образуется ванадийсодеркаций феррофосфор, из ко-ірого в дальнейаем извлекается ванадий в виде товарных соединил,
Увеличивающийся спрос на ванадиевую продукцию на мировом інке потребовал дальнейшего совершенствования технологии и ісширения сырьевой базы с вовлечением в производство не пользовавшегося ранее сырья со сравнительно низким содержанием інадия (Лисаковские железные руды).
В условиях работы на полную мощность Карметкомбината на ісаковских концентратах при конвертерном переделе фосфористых ігунов екегодно складируются в отвали около 1 млн.т сталепла-ільних шлаков, в том числе до 400 тыс.т проиеауточных, содер-[щих значительный резерв ванадия ( 0,8-1,2 мае.7.W и повыиен-'е количество других ценных элементов, мае,2: 6 МпО, 10-15 FeO 9.-І2 РаО,.
Ь настоящее вреия в отвалах накопилось более 25 млн.т нвертерных шлаков, которые занимают огромные площади, ухудшая ологиа региона. Учитывая, что в них содержится значительный зерв ванадия и других ценных элементов, исследование и разра-
ботка тьхнологин их комплексного извлечения является актуальні экономической и экологической задачей, решению которой и поев; цена настоящая работа.
Необходимость поиска оптимального варианта использование высвобоядащихся мощностей фосфорных заводов республики еще б( лее усугубило необходимость форсирования разработок в облас утилизации шлаков КарНК, а именно их использования в качесті основного фосфорсодержащего шихтового материала в фосфорны; печах, где в качестве флюсующего компонента, по известной те; нологии , может бить использован ванадиевый кварцит.
Это новое направление исследований, судя по предварителі huh расчетам, еще более повысит экономическую эффективность р; работок.
Цель работы. Физико-химическое обоснование, разработка опробование рациональной технологии карботермического восст. новления промежуточных конвертерных илаков Карметкоибината цельи извлечения из них ванадия.
На защиту выносятся;
результаты исследований по виявленим форм нахождения количественного содержания ванадия и других элементов в фазов составляющих конвертерных илаков;
разработка термодинамической модели процесса аирофазн го восстановления нелезофосфорванадийсодеркащих оксидных ра плавов;
результаты экспериментальных исследований, полученные процессе восстановления шлака на горячих моделях;
результаты кинетических исследований процесса восстано ления и (разово-химических превращений, происходящих при этом;
результаты опытно-промышленного опробования технологи ческой схеми и выявление областей рационального использовани продуктов переработки;
- технико-экономическая и экологическая оценка технологи
Науная нозизна, Впервые научно обоснован и предложен нов
подход к решению проблемы извлечения ванадия из таких нетрад ционннх в мировой металлургической практике источников вонади как нелезофосфористые конвертерные илаки КарНК.
Используя современные физико-химические метода,удалось установить, что ванадий преимущественно концентрируется в эвтектических фазовых составляющих злака, трудно вскрываемых традиционными гидрохимическими методами. Последнее обстоятельство предопределило выбор карботермического способа переработки шлаков, заявленного в качестве изобретения.
На основании термодинамического анализа с использованием 35М создана термодинамическая модель процесса восстановления элементов из шлакового расплава, с помощьш которой с достаточной степенью точности удалось прогнозировать селективный характер восстановительных реакций.
Сопоставляя термодинамические данные с результатами кинетических расчетов, впервые удалось установить, что вначале более предпочтительно протекание восстановительных реакций Fe и U, затем Р, которые взаимодействуют между собой с образованием феррофосфора, в которой часть атомов железа изоморфно замещена ванадием. Последним восстанавливается Нп, который растворяется в полученном железофосфористом расплаве, с образованием феррофосфора, обогащенного ванадием и марганцем.
С помощью данных мессбаузровской спектроскопии впервые в присутствии ванадия и фосфора удалось установить вклад двух-(~95 У.) и трехвалентного (~5 7.) келеза в его общее содержание в шлаке, что позволило правильно оценить фазово-хиаические превращения, происходящие в процессе восстановления;
Впервые удалось установить область аморфизации восстановленных сплавов и определить влияние степени легирования их ванадием, марганцем и фосфоров на особенности структурных превращений и свойства аморфных сплавов (АС).
Практическая ценность. На основании результатов физико-химических и технологических исследований, вшшнешш в опытных условиях, разработан рациональный способ переработки конвертерных шлаков КарМК с комплексным извлечением содержащихся в них ценных компонентов. Вместе с гем, найден и опробован принципиально новый источник техногенного ванадиевого сырья, переработка которого позволяет решить, ваяную народнохозяйственную и экологическую проблему.
-tl-
Установлено, что при использовании конвертерного шлаке КарМК в качестве фосфорсодержащего компонента в шихте для электротермического получения аелтого фосфора вместо фосфорита, со-дервацего такие вредные примеси как фтор, миьяк и др., может быть получен фосфор более високого качества и феррофосфор, обогащенный легирующими компонентами, пригодный для дальнейшего использования или переработки ( Пол.реш" N 93І412І).
Кроме того, предложена шихта для получения ферросплава в доменной печи ( Патент SI) N 1836480 A3), где фосфорсодержащий и велезосодерларй компоненты шихты заменена одним - пронеау-точаны конвертерным илаком КарМК, Эго позволит достичь значительный экономический эффект за счет экономии железной стружки и получения билее комплексного сплава - феррофосфора, обогащенного ванадием, что било подтверждено технико-экономичесшш расчетами, сделанными УрелГипроМезом.
Результаты исследований и промышленных испытаний легли б основу разработанного ЛенНИЙгипрохимом технико-экономического обоснования целесообразности использования предлагаемой технологии в фосфорной производстве. При этом, в печи РКЗ-48Ф может быть получено около 90 тис,т/год феррофосфора, содержащего повышенное количество ванадия (2,5-3,5 У.), технология ислэльзова-.. ния которого известна, и 7 тыс.т/год фосфора повышенного качества, с получением чистой прибыли до 47,5-54,1 млн.тенге ежегодно
Результаты выполненной работы свидетельствуют о возможности создания в перспективе в Казахстане собственного ванадиевого производства. Предложенная технология хорошо вписывается в общую технологическую схему комплексной переработки редкометалль-ного минерального сырья и отходов производства металлургических и химических производств Казахстана, разработанную лабораторией физико-химпи легирукщих металлов,
Апробация работы. Разработанная технология карботермичес-кого восстановления конвертерных шлаков КарМК с целью извлечения ванадия прочла опытно-промышленную проверку в условиях Карагандинского металлургического комбината.
Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на:
-
Всесоюзной семинаре по фосфидам и фосфорсодернацим сплавам (Алма-Ата, 2-4 октября 1990 г.).
-
Всесоюзном совещании "Перспективи использования сталеплавильных фосфорсодержащих шлаков" (Гениртау, 1931 г,).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 научных статьи и получена 1 патент SU на изобретение и 1 положительное решение на выдачу предпатента РК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложения. Работа изложена на 147 страницах цавинописного текста, вклвчает 26 рисунков и 30 таблиц. Список литературы содер-нмт 116 наименований.