РАЗДЕЛ 2
ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ШЛАМОВ, СИСТЕМЫ ИХ СКЛАДИРОВАНИЯ, ОБЕЗВОЖИВАНИЯ И УТИЛИЗАЦИИ НА КГГМК "КРИВОРОЖСТАЛЬ"
2.1. Интенсивность образования и утилизации железосодержащих шламов
На Криворожском государственном горно-металлургическом комбинате "Криворожсталь", как и на других предприятиях с полным циклом, основными участками формирования железосодержащих шламов являются газоочистные сооружения агломерационной фабрики, доменных и сталеплавильных цехов, а также гидросмыв подбункерных помещений и разливочных машин.
Годовые и часовые выходы шламов газоочисток различных производств комбината по данным за 1989 (максимальный уровень производства продукции на комбинате) и 2001 годы представлены на рис.2.1.
Из данных рис.2.1 видно, что максимальное количество железосодержащих шламов при очистке технологических газов образуется в доменном производстве. Следует отметить, что здесь показаны только количества шламов, образующихся при очистке технологических газов, и не представлены более сложно учитываемые количества шламов аспирационных систем, гидросмыва подбункерных помещений и шламов разливочных машин.
В 1989 г. количество шламов, образующихся при мокрой очистке технологических газов металлургических цехов, составляло около 336 тыс. т в год, а к 2001 году оно в результате сокращения промышленного производства на комбинате уменьшилось примерно до 178 тыс. т в год. Помимо этого количества накоплено около 36 тыс т шламов от гидросмыва подбункерных помещений, а также значительный объем шламов от разливочных машин и различных аспирационных систем.
Рис.2.1. Массовый выход железосодержащих шламов газоочисток различных производств:
АФ -аглофабрика; ДЦ - доменные цехи, МЦ - мартеновский цех, ККЦ - кислородно-конвертерный цех
По данным за 1999 год в агломерационном цехе комбината переработано 176,8 тыс т шламов и отправлено на входящий в состав комбината Новокриворожский ГОК 64,8 тыс т шламов. Средняя влажность шламов составляла 22,2%. Таким образом, всего утилизировано 241,6 тыс т или, в пересчете на сухую массу, - 188,0 тыс.т. Среднее содержание шламов в агломерационной шихте составляло 84 кг/т агломерата. Данные темпы утилизации не только не позволяют при существующем объеме производства замкнуть баланс шламов, но и совершенно недостаточны, учитывая объемы уже накопленных шламов (свыше 5 млн.т.).
Увеличение доли шламов в шихте свыше 100 кг/т агломерата сопровождается снижением эффективности технологии агломерации в связи с увеличением выхода пыли, уменьшения доли годного агломерата. Основная причина этого - низкая сыпучесть шламов, которые, не смешиваясь с другими компонентами агломерационной шихты, самостоятельно агрегируют, формируя в спекаемом слое "гнезда" которые не проходят необходимых стадий агломерации и становятся источником пылевидной фракции.
Опыт работы свидетельствует о том, что применение извести либо известковой пыли для обработки шламов влажностью 20-30% с целью их подсушки и повышения сыпучести не позволяет эффективно решить проблему. В случае применения такой технологии после смешивания и окомкования обнаруживается значительное количество комков шламов "опудренных" известью, которые также практически не участвуют в процессах спекания.
Железосодержащие металлургические шламы, как известно, весьма обводнены: содержание воды в них может достигать 90% и более. Высокое влагосодержание шламов обусловлено наличием в их составе тонкодисперсных твердых частиц и коллоидно-дисперсных золь-гелевых фаз, обладающих повышенной гидрофильностью и водоудерживающей способностью. Эти свойства могут быть обусловлены наличием в шламах гидроксида кальция, бентонита из пыли окатышей и других мелкодисперсных материалов. Дренируемость, то есть способность выделять влагу, например при хранении в штабеле, таких систем весьма незначительна.
Процессы водоотделения, седиментации твердой фазы в шламах при их хранении протекают медленно, следовательно, система в течение длительного времени сохраняет исходное состояние предельно обводненной дисперсии, и, кроме того, за счет выпадения атмосферных осадков суммарное количество влаги в шламохранилище может возрастать.
2.2. Свойства железосодержащих шламов различных металлургических производств
2.2.1. Шламы агломерационного производства
Количество шламов, образующихся при производстве агломерата на аглофабрике комбината, в 2001 году составило 9440 т при интенсивности образования около 1,1 т/ч и объеме расходования воды со шламами 300 м3/ч.
В агломерационном производстве осаждение наиболее крупной фракции пыли, образующейся при просасывании воздуха через слой спекаемой шихты, происходит в пылевых мешках газового коллектора. Улавливание тонких фракций пыли в условиях комбината "Криворожсталь" осуществляется в батарейных циклонах, где улавливается также пыль аспирационных отсосов от хвостовой части агломерационной машины. Шламы образуются в результате смыва пыли батарейных циклонов в приемный лоток. Химический состав железосодержащих шламов весьма близок к химическому составу агломерационной шихты и колеблется в зависимости от колебаний состава и соотношения компонентов шихты.
Примерный состав шламов агломерационного производства представлен в табл.2.1. Высокое содержание железа (49,25%) и наличие углерода (4,15%) свидетельствуют о значительной металлургической ценности данного вида отходов.
По данным работы ?4? твердая составляющая шламов агломерационного производства в условиях Челябинского металлургического комбината состоит в основном из оксидов железа, которые представлены либо непрозрачными черными частицами магнетита, шарообразными по форме и имеющими зернистую поверхность, либо округлыми или продолговатыми частицами гематита. Кальцит присутствует в виде округлых гладких частиц, а железокальциевые силикаты - в виде округлых, неправильной формы частиц стекловидной структуры (от бесцветных до зеленых), кварц встречается в виде прозрачных округлых частиц. Аналогичный