Введение к работе
Актуальность работы. При пирометаллургической переработке сульфидного сырья происходит неизбежное выделение отходящих газов, содержащих диоксид серы. Сернистый ангидрид оказывает негативное воздействие на окружающую среду, поэтому выброс его в атмосферу строго регламентирован. С целью достижения установленных предельно-допустимых концентраций диоксида серы в воздухе, отходящие газы необходимо перерабатывать.
Заметный вклад в разработку технологий очистки серосодержащих газов внесли такие ученые как О.И. Платонов, О.Г. Еремин, Н.Ф. Юшкевич, В.Л. Коржавин и др. В результате, на сегодняшний день существуют сухие, мокрые, газофазные, реагентные, каталитические способы утилизации диоксида серы, но лишь отдельные из них реализованы в промышленном масштабе. В основном это способы, предназначенные для очистки газов с высокой концентрацией SO2.
Объясняется это тем, что подавляющее большинство известных способов улавливания диоксида серы применимо к стабильному составу газа с узким диапазоном концентрации SO2, характеризуется сложностью схем и технологий, значительными капитальными и эксплуатационными затратами, трудностью получения качественных и реализуемых попутных продуктов и ограниченностью их сбыта.
В связи с этим необходимо разработать технологию утилизации отходящих газов металлургического производства с получением реализуемого продукта, применимую к газам с широким диапазоном концентрации диоксида серы, характеризующуюся легкостью внедрения и эксплуатации.
Исследования проводились в соответствии с проектом №2.1.2/3788 «Исследование физико-химических превращений в гетерогенных системах при высокотемпературных процессах» в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» на 2009-2011г.
Цель работы.
Разработка способа утилизации отходящих серосодержащих газов металлургического производства с применением железомарганцевых конкреций и получением раствора цветных металлов и марганца.
Основные задачи исследования.
Определить характер взаимодействия железомарганцевых конкреций с диоксидом серы.
Установить кинетические зависимости процесса окисления сероводорода в печах дожига.
Разработать способ переработки использованных железомарганцевых конкреций.
Разработать рациональную аппаратно-технологическую схему утилизации отходящих газов установок производства серы на металлургических предприятиях с получением растворов цветных металлов и марганца.
Методы исследований. В работе были использованы экспериментальные и теоретические методы исследований. Экспериментальные исследования взаимодействия железомарганцевых конкреций с диоксидом серы выполнялись в лабораторном и укрупнено-лабораторном масштабе на оригинальной лабораторной установке, созданной на базе Горного университета. Исследования кинетики процесса горения сероводорода малых концентраций проводились на опытной установке ОАО «Гипрогазоочистка». Анализ газов осуществлялся химическими методами. Обработка полученных данных проводилась с использованием следующих программных пакетов: Excel, Matlab и Mathcad.
Научная новизна:
Установлено, что взаимодействие диоксида серы с железомарганцевыми конкрециями при температуре до 200С характеризуется адсорбцией SO2 на поверхности ЖМК. При температурах 200 - 400С происходит реакционное взаимодействие.
Определена энергия активации процесса горения сероводорода низких концентраций (0,5 – 3%об.) в диапазоне температур 400900С при давлении, близком к атмосферному.
Установлены зависимости эффективности процесса горения сероводорода от времени для температурных режимов в диапазоне 400900С, позволяющие определить количество прореагировавшего сероводорода при конкретной температуре и времени.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. С целью удаления диоксида серы из отходящих газов пирометаллургической переработки сульфидного сырья следует использовать железомарганцевые конкреции, что позволяет извлечь до 99% SO2 за счет сульфатизации никеля, кобальта, меди и марганца в составе конкреций с переводом этих металлов в водорастворимую форму.
2. Для глубокой очистки отходящих газов, образующихся в процессе производства элементарной серы при переработке сульфидного сырья цветных металлов, следует проводить процесс окисления сероводорода в печи дожига при температуре 500-550С и времени пребывания от 0,4 секунды, что позволит перевести до 98% H2S в SO2, последующее удаление которого основано на сульфатизации железомарганцевых конкреций.
Практическая значимость работы:
разработаны технологические решения, повышающие уровень очистки отходящих газов металлургических предприятий.
Предложен способ переработки железомарганцевых конкреций с использованием диоксида серы, исключающий необходимость его дополнительной выработки.
Определены параметры рациональной работы печи дожига, позволяющие вести эффективный процесс окисления сероводорода при минимальных эксплуатационных затратах.
Разработана аппаратно-технологическая схема очистки отходящих газов от диоксида серы с получением раствора цветных металлов и марганца.
Степень обоснованности и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации, подтверждаются всесторонним информационным анализом объекта исследования, использованием современных методов исследования и обработки данных.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на ежегодной конференции молодых ученых СПГГИ(ТУ)-2009, международной научной конференции в Краковской горно-металлургической академии (Краков, 2009), XXXIX неделе науки в СПГГУ, конференции «Инновационные технологии в цветной металлургии» (Санкт-Петербург, 2012).
Личный вклад автора состоит в анализе существующих методов переработки отходящих серосодержащих газов, постановке целей и задач исследований, проведении лабораторных исследований, обработке полученных данных, подготовке статей и материалов для участия в конференциях.
Публикации
Основные положения диссертации опубликованы в 5 печатных работах. В изданиях рекомендованных ВАК РФ Минобрнауки России опубликовано 2 статьи.
Структура диссертации
Диссертации состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка и 2-х приложений. Работа изложена на 126 страницах машинописного текста, содержит 42 таблицы, 18 рисунков.
