Введение к работе
Актуальность темы. Важной задачей развития сырэвой базы современной цветной металлургии является вовлечение в сферу производства некондиционного сырья и отходов цветной, черной метал- . лургии и .химической проммзленнот;ти.
Потенциальное сырье для цветной металлургии - это железосодержащие отходы черной металлургии-пыли и голами доменного и сталеплавильного производств» В странах СНГ из них ежегодно можно получать на менее 50 тыс.т цинка и 6 тыс.т свинца, в том числе в Республике Казахстан из железосодержащих отходов Карагандинского металлургического комбината (КарМК) - до~2 тыс.т цинка. В мировой практике наибольшее распространение получили восстаиови-тельно-возгоночные методы извлечения цкика и свинца из шламов и пылэй черной металлургии, в частности вальцевание. Для стран СНГ этот метод является экономически нецелесообразным, так как содержание цинка и свинца в пылях и шламах, как правило, <4-5 иьс.%.
Одним из перспективных способов переработки шламов. и ггалей доменного и сталеплавильного производств является хлоридовоэго-ночный, позволяющий перевести цинк и свинец в хлоридныз возгоны и возвратить обесцинкованный- железосодержащий огарок в доменное производство, но он нуэдается в интенсификации, потому что для большинства пылей и шламов переработка сопряжена со значительной продолжительностью (как на стадии окислительно-хлорирующего обжига, так и переработки возгонов).
Работа выполнялась в соответствии с основным научным направлением кафедры электротермической и общехимической технологии КазХГИ "Интенсификация хлоридовозгоночных'и восстановительно-возгоночных "процессов"(шифр Б-ТНВ-І-66) и имела научную координацию с планом Республиканской Академии по проблеме 2,26 "Физико-химические основы металлургических процессов".
Цель работы. Разработка физико-химячаских я технологических основ интенсификации окислительно-хлорирующего обьшга (0X0) оксидных соединений цинка и высокотемпературной переработки хлоряд-ных возгонов и усовершенствование на их основе технологии извлечения цинка, свинца из пылей и шламов доменного и сталеплавильного производств.
В соответствии с поставленной целью задачи исследования следующие :
— термодинамический анализ получения активных хлорирующих агентов {^2,J/C) кз хлоридов натрия, кальция, магния а присутст-
эии новых добавок (Л2?,/^/%Лт2^,/^/^ ) и определение кине-, тических закономерностей интенсификации хлорирования соединений Зг (2лОі2лй-/ег03,ЕлД'іО2 ) в присутствии карбида кремния и оксида "марганца (ІУ);
проведение лабораторных, укрупнение-лабораторных и полупромышленных испытаний по интенсификации извлечения цинка и свинца хлоридовозгонкой из железосодержащих отходов - галей и шламов доменного и сталеплавильного производств;
физико-химическое и технологическое обоснование интенсификации высокотемпературной переработки 2л -Pi хлоридных возгонов в присутствии SiC и Се}Сг.
Методика исследований. Теоретическое и экспериментальное
изучение основ интенсификации хлоридовезгонки цинка из оксидных
соединений и восстановления свинца из оксохлоридов проведено при
помощи програмного комплекса "Астра-3" (с использованием 3SM),
кинетического, дифференциально-термического, рзнтгенофазового,
электронно-микроскопического, атомно-абсорбционного, химического
анализов. Технологические исследования выполнены при помощи мате
матического метода планирования эксперимента второго порядка с
оптимизацией' параметров на ЭВМ (метод Розенброка, параметрическая
оптимизация). - /
Научная новизна работы заклвчается в том, что впервые програмним комплексом "Астра-3" проведен термодинамический анализ получения хлора из хлорида кальция в присутствии карбида кремния. Показано, что при. наличии карбида кремния образование хлора из хлорида кальция возможно при Т > 600К и Р » 0,098 МПа. Изучена кинетика и установлены основные закономерности хлоридовозгонки цинка vzInOwinO-fegOj при 800-1200С. В присутствии.карбида крем-кия происходит ускорение хлоридовозгонки цинка и уменьшение кажущейся энергии активации (^.).
Интенсификация процесса в присутствии карбида кремния связана как с образованием хлора из хлорида кальция, так и восстановлением (с посдедувщда хлорированием) цинка.
Установлено, что интенсификация хлоридовозгонки цинка из феррита (,2."0'РегО) при наличии оксида марганца (Ш и углерода связана с образованием МпО и вытеснением им оксида цинка изЯї/7-'fe?Os , а в отсутствии углерода - с возможность» выделения хлора из хлорида кальция.'
На стадии отделения хлорида цинка из смеси хлоридов проведен [термодинамический анализ и исследована кинетика восстановления
-5- свинца из оксохлоридоз свинца {З/ЧО-ЛС^.'^ЛО-^^гі'^^-^^г; бРЬО-РШ^) в присутствии карбидов кремния и кальция. Исследования показали, что сдерживающим фактором процесса является -восстановлз-ние свинца из хяоридной части оксохлорида.
С помощью метода математического планирования эксперимента построены модели интенсификации хлоридозозгонкя цинка из пылей и оламов предприятий черной металлургии (ЧМ) - КарМК, Кузнецкого металлургического комбината (КМК), Ново-Липецкого металлургичес-кого комбината (НЛМК), Западно-Сибирского металлургического комбината (ЗСМК), Узбекского металлургического завода (УМЗ) в присутствии.полупродуктов и отходов электротермического производства карбида кремния ( аморф, сростки, силоксикон), карганецсодертацеЯ руды и замасленной окалины.
Практическая ценность. Разработана новая технология интенсификации хлоридовоэгонкк цинка из палей и иламов 0X0 посредством ввода з состав шесты карбидокремниезнх материалов, нарганецесдар-аащей руды, замасленной окалины п извлечения свинца из хяориднкх возгонов с использованием в качестве восстановителя карбидокрем-ниевых материалов и карбида кальция.
Результаты лабораторных исследований подтверждены укрупненными, опытно-промышленными испытаниями, проведенными в опытном цехе ШШК и Талдыкорганскоы ззэоде свинцовых аккумуляторов.
Предложенная технология дает возможность заметно интенсифицировать хлоридозозгонку цинка и свинца из пылей и иламов, улучшить экологическую обстановку в промышлзнио-развитых регионах, ликвидировать пылевыз отходы доменных, сталеплавильных предприятии и получить важнейший неорганический хлорид -іГдЛ^бмєстє с черновым свинцом и возвратом обеецнккованиого огарка з металлургическое производство.
Технике—экономическая оценка разработанного способа свидетельствует от экономической эффективности и целесообразности переработки пылей а оламов черной металлургии з присутствии силскси-кона и марганецсодзрзшцеи руда.
Новизна технических рошений подтверждена 3 предварительный! патентам Pit.
Апробация работы.. Основные положения и рззуяьтата работы докладывались и обсуздалясь на Межреспубликанской научно-технической конференции "Интенсификация процессов химической а пздеэой технологии" (Ташеет, 1993 г.); П научно-прзктичесяоЯ я иаучно-методи-чосігай конференции молодых ученых с участие» деятелей науки стран -СНГ и зарубекья "Чэяовек-общестзо-науна"(Москва, 19ЭЗ г.); 8 Все-
российской научно-технической конференции "Математические методы в химии"(Тула, 1993г.); Международной научно-технической и учебно-методической конференции "Актуальные проблемы науки, технологии, производства и образования"(Шымкент, 1Э93г.); Научно-практической конференции '^Интенсификация процессов' хлорирования и вос-'становителъно-возгоночных технологий"(Шымхент, 1ЭЭ4г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17г работ, в том числе 7 в виде статей в центральных журналах, 10 тезисов докладов, и получено 3 предварительных патента РК.
На защиту выносятся:
результаты физико-химических исследований возможности получения хлора из хлорида кальция в присутствии карбида кремния;
результаты исследования кинетики и общих закономерностей интенсификации хлоридовозгонки цинка из 2л0 , ZnU'SJO? ілІаО-
?егОз при наличии карбида кремния,.оксида марганца (ІУ);
технологические исследования интенсификации хлоридовозгонки цинка из пылей и шламов доменного и сталеплавильного производств;
результаты физико-химических исследований й технологических испытаний интенсификации восстановления свинца из хлоридных возгонов карбидом кальция и карбидом кремния.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа сое- ' тоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений, изложена на 207 страницах машинописного текста, содержит 47 рисунков 41 таблицу,библиография включает 142 ссылки с і публикациями автора по теме диссертации-