Группа компаний Техноген

  • Главная
  • Технология
  • Техногенные образования (шлаки ферросплавного производства, шлаки меди, никеля и алюминия, огнеупорный лом)

 

назад



ОБОГАЩЕНИЕ ТЕХНОГЕННЫХ ОБРАЗОВАНИЙ 

 

 Предприятия металлургической промышленности являются крупнейшими производителями отходов, среди которых основной объем приходится на шлаки, золу, горелые земли и огнеупорные материалы, причем в последние годы использование отходов существенно отстает от их образования. Вместе с тем образующиеся на металлургических предприятиях отходы являются ценным сырьем и могут быть использованы для получения товарной продукции.
Среди различных видов промышленных отходов одно из первых мест по объему занимают шлаки, образующиеся при выплавке металла (металлургические шлаки). На предприятиях черной металлургии России ежегодно образуется около 80 миллионов тонн шлаков, а общее количество металлургических шлаков, находящихся в отвалах, достигает 500 миллионов тонн. Химический состав металлургических шлаков зависит от марки выплавляемой стали, состава используемой руды и флюсов. Они содержат от 35 до 47% оксида кремния, 9-16% оксида алюминия, 30-50% оксида кальция, 2-14% оксида магния, ~ 3% оксида марганца и до 0,7% оксида железа. Шлаки цветной металлургии помимо этих веществ содержат оксиды меди, кобальта, никеля, цинка, свинца, кадмия и редких металлов.
Металлургические шлаки, образующиеся при выплавке цветных металлов, отличаются по химическому составу и свойствам. Ежегодно в цветной металлургии образуется до 10 миллионов тонн шлаков, уровень использования которых не превышает 15%. В шлаках медной промышленности содержится от 0,3 до 1,1% меди, около 5% цинка, свинец, золото, серебро и другие ценные металлы.  
При разборке огнеупорной футеровки и кладки печей образуется огнеупорный лом, пригодный для дальнейшего использования. Значительное количество огнеупорного лома образуется на предприятиях черной металлургии и в литейных производствах машиностроительных заводов. Начальная стадия сортировки изношенной кладки происходит непосредственно на рабочих площадках у самих металлургических агрегатов, где производится выборка годного для повторного использования кирпича. Отходы лома с включениями шлака и металла направляются в отвал. Процесс ручной сортировки огнеупорного лома отличается низкой производительностью и тяжелыми условиями труда.
Нами для предварительного обогащения шлаков металлургического производства были предложены различные технологические схемы, позволяющие получать концентраты с повышенным содержанием металлической фазы. Ниже рассмотрены варианты рентгенорадиометрического обогащения различных техногенных образований (шлаков и огнеупорных ломов) предприятий черной и цветной металлургии.

Обогащение шлаков 

 Одним из первых предприятий, на котором было осуществлено внедрение технологии рентгенорадиометрической сепарации для переработки шлаков ферросплавного производства, был Аксуский завод ферросплавов (Кахахстан). С 2000 года на этом заводе в составе старого и нового рудосортировочных комплексов последовательно были введены в эксплуатацию шесть комплектов сепараторов CРФ4-50, работающих на классе крупностью -50+20 мм.
Подобная задача решается на предприятии «Феррохром» (г. Актюбинск, Казахстан), где в 2001 году на шлаковом отвале был построен рудосортировочный комплекс, в составе которого используются два комплекта сепараторов CРФ4-50.  
Другой заслуживающий внимания пример использования технологии рентгенорадиометрической сепарации относится к отходам кремниевого производства. На предприятии ЗАО «Кремний» (г. Шелехов, Иркутская обл.) в бывшем цехе готовой продукции в 2000 году по технологии ООО «РАДОС» была создана сортировочная установка и установлен один сепаратор СРФ4-150, который обеспечивал на классе крупностью -120+30 мм текущую переработку шлаков металлургического производства кремния и отработку шлаков, накопленных за предыдущие годы. Из этих шлаков путем рентгенорадиометрической сепарации выделялся готовый товарный продукт (кремний III сорта), а часть отходов сепарации направлялась в повторную переплавку.
Существенным прогрессом в развитии технологии рентгенорадиометрической можно считать создание технологии для переработки отвалов и шлаков текущего производства на одном из старейших и крупнейших предприятий Урала – ОАО «Ключевской завод ферросплавов». В составе строящейся Ключевской обогатительной фабрики в 2009-2010 годах будут установлены 12 сепараторов (всех 3-х модификаций на крупность от 20 до 300 мм) для сортировки самых различных разновидностей шлаков по Cr, Ti, Zn, Nb и другим элементам. 
Также к весьма важным этапам дальнейшего продвижения технологии рентгенорадиометрической сепарации (разработана в ООО «РАДОС») в жизнь горно-металлургических предприятий можно считать проект обогащения шлаков Медного завода ОАО ГМК «Норильский никель». В 2010 году намечено строительство в г. Норильске рудосортировочного комплекса по утилизации накопленных отвалов шлаков с общей годовой производительностью по исходному классу до 500 тысяч тонн. В составе комплекса будут использоваться 6 сепараторов для обогащения класса крупностью от 25 до 100 мм.
Ниже рассмотрены варианты технологий, разработанных в ЗАО НПК «Техноген» для обогащения шлаков ферросплавного производства ОАО «Ключевской завод ферросплавов» (п. Двуреченск, Свердловская обл.) и ОАО «Саткинский чугуноплавильный завод» (г. Сатка, Челябинская обл.), медьсодержащих шлаков ОАО «Среднеуральский медеплавильный завод» и ОАО «Медногорский медно-серный комбинат», а также других видов шлаков цветных металлов. 

Обогащение шлаков Ключевского завода ферросплавов. За многолетнюю историю деятельности Ключевского завода ферросплавов скопилось около 2,5 миллионов тонн отвальных шлаков. С целью вовлечения техногенных образований в хозяйственный оборот был выполнен проект рудосортировочного комплекса с вводом его первой очереди в эксплуатацию в 2009 году. 
Ключевский завод ферросплавов производит около 30 видов сплавов, часть из которых вместе со шлаком попадает на отвал. Сами шлаки представляют ценное сырье разнообразного применения. В задачи переработки шлаков Ключевского завода ферросплавов входят отделение металла от шлака, металла от металла и шлака от шлака различных сплавов. За основу технологии сортировки шлаков на основании предварительных исследований и испытаний был принят метод рентгенорадиометрической сепарации.
С целью оптимизации процесса обогащения, наиболее полной загрузки сепараторов и достижения проектной производительности фабрики при минимальном их количестве, была разработана технологическая схема, включающая ряд последовательных операций. Исходная шлаковая масса, поступающая на обогащении и разделенная методом грохочения на три сепарируемых класса крупностью -250+150, -150+60 и -60+20 мм, на головных сепараторах делится на два потока, условно названных: хромсодержащий и титансодержащий.
Для облегчения задачи на первом этапе «отстреливают» хромсодержащий продукт. При последующей сепарации хромовый продукт делится на металлическую часть, состоящую из смеси хрома металлического и феррохрома, и на шлаковую часть, состоящую из смеси шлаков хрома и феррохрома. В процессе сепарации при определенных порогах разделения в металлическую часть удается выделить продукт с содержанием хрома 60-90 %, в шлаковую часть – с содержанием Cr2O3 ~ 8-12 %. Аналогичный принцип применяется и на последующем этапе рентгенорадиометрической сепарации - при разделении металлической части на хром и феррохром и при разделении шлаковой части на шлак хрома и шлак низкоуглеродистого феррохрома. 
Титансодержащая часть исходного материала, направляется в «хвосты» и по расчетам состоит на 85÷90 % из шлака ферротитана и смеси остальных, не содержащих хрома, шлаков. Данный технологический прием был выбран из расчета дальнейшей переработки шлаков ферротитана и, близких к нему по химическому составу, остальных шлаков, либо на клинкер для глиноземистых цементов, либо на технический глинозем. 
Результат исследований показали, что шлаки ферросплавного производства ОАО «Ключевской завод ферросплавов» отличаются в целом благоприятными технологическими свойствами для реализации технологии обогащения методом рентгенорадиометрической сепарации. Вещественный состав шлаков, несмотря на большое разнообразие по элементному и минеральному составам, позволяет проводить четкое разделение на рентгенорадиометрических сепараторах (по рентгеновским спектрам) практически всех разновидностей шлаков.

Обогащение шлаков ферромарганцевого производства. На опытно-промышленные испытания поступила технологическая проба ферромарганцевого шлака с отвала ОАО «Саткинский чугуноплавильный завод» массой более 5 тонн крупностью менее 100 мм. Опытно-промышленные испытания проводили на производственном участке рентгенорадиометрической сепарации ЗАО НПК «Техноген».
В качестве алгоритма разделения использовалось характеристическое рентгеновское излучение марганца:

где: NMn – регистрируемое от куска характеристическое рентгеновское излучение (ХРИ) марганца;
  NCa - регистрируемое от этого же куска характеристическое излучение кальция;
  NS - регистрируемое от этого же куска рассеянное (вторичное) излучение первичного спектра источника рентгеновского облучения – портативного маломощного рентгеновского излучателя ПРАМ-50М (специально изготавливаемого для целей РРС фирмой ООО «Синтез-НПФ», г. Санкт-Петербург) с рентгеновской трубкой прострельного типа БХВ-10 (Re).  
  Основные результаты опытно-промышленных испытаний по обогащению машинных классов отвальных шлаков ферромарганцевого производства крупностью +40, -40+20 и -20+10 мм представлены в таблице.

Результаты испытаний по рентгенорадиометрической сепарации
отвальных шлаков ферромарганцевого производства

 

Продукты сепарации Выход,
%
Содержание, %
SiO2 AI2O3 CaO С Mn
Концентрат 8,5 2,69 1,22 2,62 9,23 60,94
Промпродукт обогащения 69,4 33,06 4,53 24,21 3,40 15,04
Хвосты обогащения 22,1 37,77 5,61 30,27 1,01 6,84
Итого: исходный шлак с отвала 100,0 31,54 4,49 23,73 3,36 17,10

 

 В 2009 году на ОАО «Саткинский чугуноплавильный завод» запланировано строительство рудосортировочного комплекса для обогащения отвальных шлаков ферромарганцевого производства с применением рентгенорадиометрических сепараторов марки CРФ4-50.

Радиометрическая сепарация медьсодержащих шлаков. Возможность обогащения шлаков медеплавильного производства была рассмотрена на шлаках двух предприятий – Медногорского медно-серного комбината и Среднеуральского медеплавильного завода. Медьсодержащие шлаки данных предприятий принципиально отличаются друг от друга.

 Шлаки Медногорского медно-серного комбината. Технологическая проба медного шлака Медногорского медно-серного комбината крупностью -100+30 мм была подвергнута предварительному обогащению методом рентгенорадиометрической сепарации. Необходимо отметить, что медный шлак Медногорского медно-серного комбината был получен методом шахтной плавки. В процессе шахтной плавки металлосодержащая фаза распределяется по всему объему шлака крайне неравномерно. 
Для рентгенорадиометрической сепарации данного шлака, на основании предварительных тестовых исследований, был предложен аналитический параметр РCu, позволяющий определить качество анализируемого куска:

где: NCu, NFe – регистрируемое от куска характеристическое рентгеновское излучение (ХРИ) меди и железа (соответственно);
  NS - регистрируемое также от этого же куска рассеянное (вторичное) излучение первичного спектра источника рентгеновского облучения.
 Основные технологические показатели рентгенорадиометрической сепарации медных шлаков приведены в таблице.

 

 Технологические показатели рентгенорадиометрического обогащения медных шлаков

 

Продукты
сепарации
Диапазон
разделения
Выход Медь, %
кг % Содержание Извлечение
Концентрат 1 PCu>6,0 ед. 7,0 2,6 47,80 29,6
Концентрат 2 5,0<PCu<6,0 ед. 11,0 4,0 37,10 35,3
Концентрат 3 3,5<PCu<5,0 ед. 32,0 11,7 7,71 21,5
Промпродукт 2 2,5<PCu<3,5 ед. 97,0 35,5 0,81 6,9
Промпродукт 1 2,2<PCu<2,5 ед. 64,0 23,4 0,77 4,3
Хвосты 2 2,0<РСu<2,2 ед. 40,0 14,7 0,44 1,5
Хвосты 1 РСu<2,0 ед. 22,0 8,1 0,45 0,9
Итого: исходная проба   273,0 100 4,20 100

 

В процессе испытаний было показано, что представленная технологическая проба медного шлака высококонтрастная и является прекрасным объектом для рентгенорадиометрической сепарации, о чем свидетельствует большой разброс содержания меди в продуктах обогащения: от 0,44% в хвостах сепарации до 47,8% - в концентрате.
На стадии предварительных испытаний по обогащению медного шлака Медногорского медно-серного комбината (содержание Cu в пробе – 4,20%) методом рентгенорадиометрической сепарации удалось выделить 81,7% хвостов и промпродуктов со средним содержанием меди не более 0,70%. При этом в обогащенном продукте (концентраты 1, 2 и 3) содержание меди повысилось до 19,8%. Потери меди с хвостами сепарации, которые являются отвальными, не превышают 13,6%.

Шлаки Среднеуральского медеплавильного завода. На опытно-промышленные испытания по рентгенорадиометрическому обогащению медьсодержащего отвального шлака ОАО «Среднеуральский медеплавильный завод» поступила технологическая проба массой более 6 тонн и крупностью менее 80 мм. Медьсодержащие шлаки СУМЗа получают в печах Ванюкова, что обеспечивает равномерное распределение металлизованной фазы по всему объему шлака в пределах одной плавки.
Для проведения опытно-промышленных испытаний по рентгенорадиометрическому обогащению медьсодержащих шлаков СУМЗа на основании предварительных исследований в качестве аналитического параметра рентгенорадиометрической сепарации был рекомендован следующий:

Основные результаты опытно-промышленных испытаний по рентгенорадиометрическому обогащению отвальных медьсодержащих шлаков ОАО «СУМЗ» приведены в таблице.

Основные показатели обогащения медьсодержащих шлаков СУМЗа  

 

Продукты
обогащения
Диапазон
разделения, ед.
Выход, Содержание Сu, % Извлечение Сu, %
кг %
Исходный шлак - 6030 100,0 0,86 100,0
Концентрат P<2,0 2142 35,5 1,06 43,5
Хвосты обогащения P>2,0 3888 64,5 0,76 56,5

 

 Рентгенорадиометрическая сепарация никелевых шлаков. На испытания поступило более 20 тонн отвальных никелевых шлаков Орского комбината крупностью -500+100 мм. Из исходной пробы было выделено более 4 тонн негабаритных кусков шлака (20,1%), требующих дополнительного дробления, которые не подвергались рентгенорадиометрической сепарации. Шлак крупностью -300+100 мм (16 тонн 414 кг) был направлен на радиометрическое обогащение. 
Выбор порогов производился на стадии тестовых испытаний на пробе массой 206 кг. Все исследования и последующие опытно-промышленные испытания проводили на рентгенорадиометрическом сепараторе СРФ4-150М. В соответствии с требованием Заказчика содержание никеля в обогащенном продукте должно быть не менее 8-9%. В процессе испытаний по выше приведенной схеме были получены следующие результаты:

 Основные результаты обогащения никелевых шлаков

 

Продукты сепарации Выход Содержание
Ni, %
Извлечение Ni,%
кг %
Концентрат 1786 10,9 9,92 43,8
Промпродукт 1920 11,7 4,25 20,1
Хвосты сепарации 12708 77,4 1,15 36,1
Исходный шлак крупностью -300+100 мм 16414 100 2,47 100

 

В результате испытаний было получено ~ 11% концентрата с содержанием никеля ~ 10%. Извлечение Ni в концентрат составило 43,8%. Промпродукт, объединенный с хвостами сепарации, представляет собой отвальный продукт, содержащий 1,56% никеля.

 Рентгенорадиометрическая сепарация алюминийсодержащих шлаков. Рентгенорадиометрическую сепарацию алюминийсодержащих шлаков, полученных в результате производства вторичных алюминиевых сплавов, проводили на пробе после дробления до крупности -150 мм и массой 6,5 тонн. Содержание металлической фазы (алюминиевый сплав) в исходном шлаке не превышало 25%.
С целью определения принципиальной возможности обогащения алюминийсодержащих шлаков методом рентгенорадиометрической сепарации на первом этапе были определены характеристические рентгеновские спектры отдельных наиболее представительных образцов шлака. По спектрам металлической фазы шлака в качестве разделительного признака было выбрано характеристическое излучение железа, содержание которого в алюминиевых сплавах колеблется от 0,5 до 2-3%. На предварительной стадии были выбраны алгоритм и пороги рентгенорадиометрической сепарации.
Поступившая на испытания проба исходного шлака была подвергнута предварительной классификации по крупности с выделением машинного класса -150+40 мм и не сортируемого класса крупностью -40 мм, имеющее повышенное содержание AI2O3. Крупнокусковая фракция (+40 мм), частично обогащенная по содержанию металлической фазы методом грохочения, направлялась на рентгенорадиометрическое обогащение на сепаратор CРФ4-150.
В результате опытно-промышленных испытаний по схеме приведенной ниже, были получены концентрат, обогащенный металлической алюминийсодержащей фазой и отвальные хвосты.

 

Методом рентгенорадиометрической сепарации из алюминийсодержащих шлаков удалось выделить ~ 14% концентрата с содержанием металлической фазы ~ 65-70%. Содержание металлической алюминийсодержащей фазы в хвостах сепарации не превышало 7-10%.

 Обогащение огнеупорного лома

 Рентгенорадиометрическая сепарация огнеупорного лома НТМК. Поступивший на опытно-промышленные испытания огнеупорный лом Нижне-Тагильского металлургического комбината был представлен хромомагнезитовым и шамотным кирпичами. Проба огнеупорного лом, взятая с отвала, имела массу 3,2 тонны и представляла собой кусковый материал (битый кирпич) крупностью -250+50 мм. 
На стадии предварительных исследований была установлена принципиальная возможность выделения хромомагнезитовой фракции огнеупорного лома методом рентгенорадиометрической сепарации. Был определен алгоритм и пороговые значения процесса обогащения, установленные по характеристическим рентгеновским спектрам хрома.
Выделение хромомагнезитовой фракции огнеупорного лома проводили в одну стадию без получения промпродуктов.
Основные результаты рентгенорадиометрической сепарации огнеупорного лома НТМК приведены в таблице.

 Результаты обогащения огнеупорного лома НТМК

 

Продукты сепарации Выход
кг %
Хромомагнезитовая фракция (кирпичи) огнеупорного лома 450 14,1
Хвосты сепарации (шамотная фракция лома с грязью) 2750 85,9
Исходный онеупорный лом НТМК 3200 100

 

В результате проведенных опытно-промышленных испытаний на рентгенорадиометрическом сепараторе удалось из огнеупорного лома НТМК, взятого с отвала, выделить ~ 14% хромомагнезитовой фракции, которая может быть возвращена на производство хромомагнезитового кирпича. Шамотную составляющую огнеупорного лома выделить не удалось из-за ее большой загрязненности.

 Сепарация огнеупорного лома медно-цинкового производства. На испытания поступила технологическая проба огнеупорного лома (футеровка печи) медно-цинкового производства предприятия ОАО «Русская медная компания». Была поставлена задача выделения наиболее ценных компонентов, которые реально присутствуют в огнеупорном ломе медно-цинкового производства.
В результате предварительного анализа исходного сырья было установлено, что из ценных компонентов в представленной пробе присутствует в виде отдельных самостоятельных кусков черновая медь, куски огнеупорного лома, обогащенные медью и цинком, а также огнеупорный лом, состоящий из кирпичей хромомагнезитовой футеровки. 
Исходная проба, представленная кусками крупностью от 150 до 20 мм, была подвергнута предварительным исследованиям с целью выбора аналитических параметров рентгенорадиометрического обогащения. На основании информации, полученной в процессе определение характеристических рентгеновских спектров отдельных кусков, представляющих всю гамму компонентов, входящих в состав огнеупорного лома, были определены алгоритмы и пороги сепарации для выделения медьсодержащих и цинксодержащих продуктов, а также хромомагнезитовых кирпичей была предложена технологическая схема проведения испытаний.

 

 

 

 

В результате проведенных испытаний, предусматривающих 5 последовательных стадии рентгенорадиометрической сепарации, было получено 6 продуктов: куски черновой меди; медный концентрат; шлак, обогащенный медью; медно-цинковый концентрат; хромомагнезитовая футеровка (кирпичи) и огнеупорный лом (отвальный) с малым содержанием ценных компонентов (в том числе меди).
Основные результаты испытаний по рентгенорадиометрической сепарации огнеупорного лома медно-цинкового производства приведены в таблице.

Результаты обогащения огнеупорного лома медно-цинкового производства

 

Продукты сепарации Выход, % Содержание Сu, % Извлечение Cu, %
Черновая медь 4,2 85 38,8
Медный концентрат 13,1 32 45,5
Шлак с медью 10,3 12 13,4
Медно-цинковый концентрат 10,7 0,4 0,5
Хром-магнезитовые кирпичи 14,0 <0,2 0,3
Отвальный огнеупорный лом 47,7 0,3 1,5
Исходный огнеупорный лом 100 9,2 100

 

Анализ полученных результатов испытаний позволяет сделать следующие выводы:
▪ в объединенный продукт с повышенным содержанием меди (черновая медь, медный концентрат и шлак с медью), выход которого составляет 27,6%, извлекается 97,7% меди, содержащейся в огнеупорном ломе, при среднем содержании меди в этом продукте 32,6%;
▪ в результате дополнительного химического анализа медно-цинкового концентрата было установлено, что содержание цинка в нем составляет ~ 16%.



назад

Группа компаний Техноген Copyright © 2017