Виділення германію з колошникового пилу цинкових плавильних печей

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

ВСТУП

Пил, що міститься в доменному газі, частково потрапляє з шихти і частково в результаті сублімації шлаку і металів. На хімічний склад, кількість і зернистість колошникового пилу значно впливають фізичні і хімічні властивості доменної шихти. Кількість колошникового пилу коливається в діапазоні 20-200 кг / т чавуну. Її концентрація 10-30 мг/м3 газу.

Доменний газ спалюється переважно в воздухонагревателя, в коксохімічному заводі та енергетиці.

Глава 1. СИСТЕМА ОЧИЩЕННЯ доменного газу в доменному цеху

Пил, що міститься в доменному газі, частково потрапляє з шихти і частково в результаті сублімації шлаку і металів. На хімічний склад, кількість і зернистість колошникового пилу значно впливають фізичні і хімічні властивості доменної шихти. Кількість колошникового пилу коливається в діапазоні 20-200 кг / т чавуну. Її концентрація 10-30 мг/м3 газу.

Доменний газ спалюється переважно в воздухонагревателя, в коксохімічному заводі та енергетиці.

Для запобігання запилення повітронагрівачів, рекуператорів, пальників необхідно видаляти дисперсну колошниковий пил з доменного газу.

Очищення доменного газу здійснюється в три стадії: попередня груба очистка, охолодження, пов'язане з очищенням, і тонке очищення.
У процесі попереднього очищення з доменного газу видаляються грубі частки, що полегшує тонку очистку і утилізується пил, що містить залізо, яку можна повторно використовувати як добавку в шихті.

Для запобігання виходу найбільших фракцій пилу з доменної печі трубопроводи доменного газу, вертикальні ДП в значній висоті, щоб великі фракції власною вагою потрапляли назад у піч. Для грубої очистки використовуються пиловловлювачі (рис. 1), що працюють за принципом осадження пилу. Вони мають циліндричну форму в середній частині і конусну у верхній і нижній частинах. У верхній частині верхнього конуса встановлений головний клапан, до якого приєднані похилі газовідводи від печі. Головний клапан служить для повного відключення пиловловлювача від печі.

Усередині пиловловлювача укладений дифузор, перетин якого значно збільшується до низу. При русі газу через дифузор вниз його швидкість знижується і під впливом сили тяжіння частинки пилу осідають у нижній частині пиловловлювача. Далі газ з пиловловлювача по трубопроводу надходить в устаткування тонкого очищення.

Пил, накопичену в нижній конусної частини пиловловлювача, необхідно правильно видаляти. Звичайно застосовуються два способи видалення пилу: шнековим конвеєром або виносним барабаном.

При видаленні шнековим конвеєром пил зволожується і охолоджується, а потім подається на стрічковий конвеєр або в залізничний вагон.

Пил в процесі видалення надходить через затвор, керований гідроциліндром простої дії (відкриття) і противагою (закриття), і через засувку, керовану гідроциліндром подвійної дії. Далі пил осідає через компенсатор подвійним шнековим конвеєром у воронку. При зволоженні пилу утворюється пара, тому конвеєр оснащений паровідводом.

Конвеєр має такі переваги:

  • краще зволоження, крім того, пил з частиною пара, що утворюється при контакті води з пилом, застосовується для зволоження пилу.

  • у разі відмови, або контролю можлива негайна відсічення пиловловлювача від конвеєра.

  • Шнекової конвеєр харчується від електродвигуна потужністю 22 кВт.

Виносні барабан виконує таку ж функцію, як і шнековий конвеєр. Різниця тільки в технології видалення та зволоженні пилу. До вхідної частини барабана нерухомо кріпиться шнековий конвеєр, рівномірно подає пил в барабан.

На внутрішній стороні барабана в кілька рядів встановлені лопаті. При обертанні барабана лопаті забезпечують краще змішання пилу. По осі барабана розміщена труба з форсунками, що зрошують пил водою. Харчування барабана здійснюється від електродвигуна потужністю 7,5 кВт. Раніше застосовувалися тільки шнекові конвеєри, але через погану герметичності і низького ступеня їх почали замінювати барабанами.

В даний час знову починають застосовувати шнекові конвеєри, значно удосконалені.

Тонка очищення. Для тонкого очищення газу застосовується мокрий спосіб - скрубер, труби Вентурі, дросельна група, водовіддільник (рис. 2).

Перший ступінь мокрого очищення здійснюється в скрубері, що представляє собою ємність циліндричної форми, в нижній частині конусоподібну і у верхній - куполоподібну. Газ надходить у нижню частину скрубера і, проходячи вгору, виходить по трубопроводах, розміщеними у верхній частині верхнього конуса.

Складовою частиною мокрого скрубера є кільцевої трубопровід, від якого виходять труби з вбудованими обприскувачами. Труби з обприскувачами розміщені таким способом, щоб вода покривала весь переріз скрубера.

Принцип очищення полягає в тому, що краплі води з обприскувачів рухаються протитечією доменного газу. Частинки пилу зволожуються водою і опускаються в нижню конусну частину скрубера у вигляді шламу. Цей процес дозволяє усунути 80-90% пилу. Газ від скрубера трубопроводом поступає в труби Вентурі. Труба Вентурі складається з конфузор, в якому підвищується швидкість газу і подається розпилена вода, патрубка, де пил осідає на краплі води, і з дифузора, в якому проходять процеси коагуляції і зниження швидкості потоку. Внаслідок зниження швидкості газу частинки пилу гравітацією осідають в нижній частині.

Коефіцієнт корисної дії труби Вентурі становить 96-98% при видаленні часток середнім діаметром 1-2 μ м. Високодисперсні частинки пилу уловлюються в широкому діапазоні її концентрації в газі (від 0,05-100 г/м3).

При режимі тонкого очищення від високодисперсної пилу швидкість потоку в патрубку повинна становити від 100-150 м / с і витрата води від 0,5-1,5 л. При цьому втрати тиску в трубі Вентурі становлять 10-20 кПа.

У випадку, якщо труба Вентурі працює тільки в якості коагулятора перед наступною тонкої очищенням (із застосуванням електрофільтру), або служить тільки для уловлювання частинок з розміром 5-10 μ м, швидкість струму в патрубку можна знизити на 50-100 м / с.

Чистий доменний газ з труб Вентурі по трубопроводу подається в дросельну групу, де встановлюється необхідний тиск газу. Газ додатково очищається водою, яка застосовується для охолодження клапанів у дросельної групі. У водовіддільник, куди газ входить тангенціонально, виникає обертання потоку газу, внаслідок чого частки пилу осідають на стінах отделителя і у вигляді шламу стікають в нижню частину. З водовіддільник в заводську мережа виходить вже чистий і сухий доменний газ.

При мокрій газоочистки здійснюється рециркуляція води, нова вода застосовується тільки для відшкодування втрат випаровується води і води, яка відноситься до часток пилу.

Для очищення шламової води до цих пір застосовуються великі шламоотстойника (Доррі).

Шлам, як відходить продукт мокрого очищення доменного газу піддається реціклінсу. Він використовується в доменній шихті завдяки високому вмісту оксидів заліза.

У складі шламу входять важкі кольорові метали - переважно цинк і свинець, флюріди, хлориди, сульфати. З технологічної точки зору з-за високого вмісту кольорових металів шлам дуже складно переробити. Поділом частинок на тонкі і великі фракції можна видалити 50-60% цинку і свинцю, і переробити 80% усього річного обсягу утворюється шламу.

Цинк вкрай небажана домішка в технологічному процесі виробництва чавуну (перш за все, він взаємодіє з футерівкою доменної печі). Для сепарації шламу в даний час застосовуються гідроциклони. Шлам нагнітається в гидроциклон, поділяється там на два зустрічних вихрових потоку. Більш великі частинки, що містять залізо і вуглець, видавлюються вгору (шлам з вмістом Fe), і менш великі - цинку і свинцю (шлам з вмістом Zn) у центр гидроциклона і переміщуються вгору. Шлам з вмістом Fe після водовідведення у вакуум-фільтрах повертається назад на агломерацію, а шлам з вмістом Zn виключається з технологічного процесса.Для сепарації в даний час застосовуються гідроциклони. Більш великі частинки, що містять залізо і вуглець, відвалів у напрямку вгору (значить шлам з вмістом Fe), і менш великі цинку і свинцю (шлам з вмістом Zn) у центр гидроциклона і надходять у напрямку вгору. Шлам з вмістом Fe після водовідведення у вакуум-фільтрах обертається назад, і шлам з вмістом Zn після водовідведення на шламо-пресі виключений з технологічного процесу.

Глава 2. ОСОБЛИВОСТІ доменного ПРОЦЕСУ І СКЛАД ВИКИДІВ

Основним продуктом доменної плавки є чавун, а побічними-шлак і доменний (колошникового) газ. У середньому при згорянні 1 т сухого коксу утворюється 3400 м куб. доменного газу з середньою теплотою згоряння 3.96 МДж / м куб. Пил і газоподібні викиди з доменних печей утворюються в результаті складних фізичних і хімічних процесів. Вважають, що з доменним газом з печі виносяться пил, внесена з шихтою (образовавшіяся при дробленні шихтових матеріалів, в основному коксу), і пил, що з'явилася при терті стовпа шихти в самій доменної печі.

Маса пилу, що вноситься доменними газами, становить 20-100 кг / т чавуну. Середня запиленість доменних газів дорівнює 9-55 м / м куб., А при неполадках або дрібної шихті може досягати 200 г / м куб. Кількість утворюється доменного газу становить 3880 м куб. / Т вологого коксу, або 4000 м куб. / Т сухого коксу, або 2000-2500 м куб. на 1 т чавуну.

Питомі технологічні викиди з колошниковому газами при виплавці чавуну переробного складають, кг на 1 т чавуну: пилу-100; СО-640; О2 - 0.08-0.45.

Зразковий склад колошникового газу

Об'ємна частка в,%


СО2

CO

CH4

H2

O2 + N2

при роботі без підвищення тиску і комбінованого дуття

11.2

31.2

0.21

2.99

55.1

при роботі з підвищенням тиску і комбінованим дуттям

11.3

29.0

0.20

4.30

55.2

Температура доменного газу на виході з печі складає зазвичай 300-350 градусів цельсія.

Пилегазовиделенія з печі обумовлені тим, що при подачі шихти на великий конус завантажувального пристрою печі тиск по обидва боки конуса наобходімо вирівняти, для чого неочищений газ з міжконусного простору виводять в атмосферу.

Запиленість газу під час вихлопу становить 250-700 г / м куб. Питома викид пилу досягає 4 кг на 1 т чавуну при основному режимі роботи печі. крім того, пиловиділення відбувається при кожному зсипання скіпа до приймальні воронку. Для печей місткістю 930-2700 м куб. викиди пилу і оксиду вуглецю (2) становлять відповідно 0.17-0.60 і 5-19 т / добу. Хімічний склад пилу змінюється в широких межах. Наприклад, при виплавці передільного чавуну і роботі з підвищеним тиском на колошнике печі пил містить,%: SiO2-14.6; MgO-4.35; Al2O3-4.35; CaO-11.85; S-0.74; MnO-3.75, решта - оксиди заліза.

Радикальним рішенням, майже повністю виключає викиди пилу з міжконусного простору, є подача в міжконусного простір у момент відкриття великого конуса газу під тиском, кілька перевищує тиск у печі.

За цих умов запилений газ з печі взагалі не надходить у міжконусного простір, і вихлоп газу при вирівнюванні тиску в засипним пристрої залишається чистим. Недоліком цього способу запобігання викидів пилу і СО з міжконусного простору печі є додаткові енергозатрари, пов'язані зі спалюванням газу, що подається в засипні пристрій печі.

Дисперсний склад пилу також залежить від багатьох факторів і може коливатися в широких межах:

Розмір частки, мкм

200

200-100

100-60

60-20

20-10

10-1

Масова частка,%

34.5

12.3

19.0

25

7.5

1.7

Крім колошникового пристрою доменної печі, джерелом забруднення атмосфери доменного цеху є рудний і політен двори.

На рудному дворі пил виділяється при розвантаженні вагонів, перевантаження руди, подачі руди на бункерну естакаду і т. п. Питомий виділення пилу на рудному дворі орієнтовно приймають рівним 50 кг на 1 т чавуну, а на бункерній естакаді - 20 кг на 1 т чавуну. Концентрація пилу на рудному дворі і бункерній естакаді коливається від 17 до 1000 мг / м куб.

У доменних цехах існує дві системи подачі сирих матеріалів на вищий доменної печі: скіповим, що застосовувалася в старих печах, і ковейерная, застосовувана в нових печах, що значно знижує пиловиділення.

Найбільша кількість пилу виділяється в підбункерних приміщенні, де відбувається вивантаження сирих матеріалів у вагон-ваги. Концентрація пилу в повітрі підбункерних приміщень сягає 500 мг / м куб., У зв'язку з чим на багатьох заводах кабіну машиніста вагон-вагів доводиться герметизувати. У підбункерних приміщеннях, обладнаних конвеєрами, аспіраційної системою відсмоктується близько 2.5 кг пилу на кожну тонну чавуну. Після очищення в атмосферу викидається в середньому близько 90 г пилу на 1 т чавуну. На ливарному дворі пил і гази виділяються в основному від льоток чавуну і шлаку, жолобів ділянок зливу і ковшів. Питомі виходи шкідливих речовин на 1 т чавуну складають: 400-700 г пилу, 0.7-1.15 кг СО, 120-170 г SO2. Максимальна кількість пилу і газів викидається під час випуску чавуну і шлаку. Пил і гази видаляються частково через ліхтарі ливарного двору (близько 160 г пилу на 1 т чавуну), частково за допомогою аспіраційних систем з очищенням пилу перед викидом в атмосферу переважно в групових циклонах.

Середня концентрація пилу в період випуску становить 150-1500 мг / м куб.; Максимальна концентрація спостерігається над головним жолобом і ковшем для чавуну.

Середня концентрація СО становить, мг / м куб.: У чавунної льотки - 22 ... 1250; у шлакової льотки - 11 ... 680; на рівні фурм - 15 ... 884; у кільцевого повітропроводу - 11 ... 5000 .

Вміст СО на робочих місцях у період випуску чавуну складає 125-250 мг / м куб. Найбільша концентрація спостерігається в момент випуску чавуну і шлаку у вічко і поворотних жолобів.

При випуску гарячого шлаку з домни сірка реагує з киснем повітря з утворенням SO2. Цей газ виділяється від шлакових льоток, жолобів і шлаководов; середня концентрація SО2 на цих ділянках в період випуску шлаку досягає 30мг / м куб.

Валові викиди пилу, оксиду вуглецю (2) і оксиду сірки (4) на ливарних дворах типових доменних печей різного обсягу наведені у таблиці 2.

Випущені з печі продукти плавки направляються на дальній шую переробку: чавун - на розливання в чушки на розливної машини, шлак - на грануляцію, доменний газ - на очищення.

При розливанні чавуну в приміщенні розливних машин виділяється пил і СО. Аспірація та очищення зазвичай не передбачені. Через аераційні ліхтарі виділяється в середньому 40 г пилу і 60 г СО на 1 т розлитого чавуну.

Останнім часом всі газові викиди ливарного двору великих печей прагнуть об'єднувати і спрямовувати їх на очищення в електрофільтри. Загальна кількість відсмоктується газу у великих печей досягає 1 млн м куб / год. Щоб зменшити його, всі системи відсмоктування газу від джерел пилегазовиделенійснабжают дросельними клапанами, що дозволяють в міру потреби дистанційні включати необхідне в даний момент укриття (зонт).



Пил колошниковий і від установок аспірації. Колошниковий пил - давно відомий металургам матеріал і як вторинна сировина застосовується з появою процесів згрудкування, брикетування, агломерації, виробництва окатишів і гранул.

Цінність цього матеріалу обумовлена ​​близькістю його хімічного складу складу доменної шихти, але з причини високого вмісту вуглецю та дисперсності він погано огрудковується, що до пори до часу стримувало його застосування при виробництві агломерату. В даний час металургами в тій чи іншій мірі вирішені проблеми використання колошникового пилу в складі аглошихти, хоча деякі фахівці вважають, що із зазначених вище причин значна частина пилу не потрапляє до складу аглоспека, несеться з аглогазамі і знову переходить в шлам.

В даний час у складі аглошихти частка вторинних продуктів - шламу і колошникового пилу установок аспірації - становить 80 - 100 кг / т агломерату.

Простий розрахунок, а також практика ТЧМ (спроби використання шламів до 150 кг / т агломерату) показують, що подальше збільшення кількості побічних продуктів у аглошихту без належної технологічної підготовки призводить до різкого зниження його виробництва, а також зменшення міцності агломерату і, як наслідок, збільшення у ньому кількості дрібниці і підвищеному пиловиділення на перевантаженнях.

Виробництво і використання металургійних брикетів. Виробництво чавуну технологічно супроводжується утворенням значної кількості різних відходів, близько 80% яких становлять шлаки і інше - шлами, пилу та інші відходи. Як правило, вихід аглодоменного шламу і колошникового пилу становить 20-50 кг / т продукції.

Розроблена і впроваджена на ТЧМ технологія використання аглодоменного шламу і колошникового пилу при виробництві агломерату не дозволяє утилізувати зазначені відходи в повному обсязі.

Причина - обмеження, пов'язані з погіршенням технологічних властивостей агломерату при витраті шламу і пилу понад 100 кг / т агломерату.
Необхідність утилізації раніше накопичених у відстійниках запасів шламу, а також його поточних обсягів вимагала пошуку нових рішень залучення вторинних залізовмісних ресурсів до складу доменної шихти.

Глава 3. ВИДІЛЕННЯ НІМЕЧЧИНА З колошниковий ПИЛУ ЦИНКОВІ плавильних печей

Найбільш доцільним є виділення германію при переробці германійсодсржащего осаду, одержуваного при висаджуванні цинкової пилом і виділень від кадмійсодержащего розчину. Виробництво германію може розглядатися в якості побічного процесу отримання кадмію, якщо отримання кадмію є основним процесом.

Схема на рис.1 заснована головним чином на даних статті Томпсона і Мусгрейва, надрукованій в 1952 р. Принципово процес не змінений, тільки використані деякі додаткові технічні дані з сучасної практики. Процес, відповідно до рис. 64, починається з уловлювання германієвої-і кадмійсодержащіх димів, що утворюються в процесі випалу і плавлення при переробці рудних концентратів на основі сульфіду цинку,

Підсистема виділення германію формується на стадії, коли після первинної обробки димної пилу германійсодержащій осад відділяється від кадмійсодержащего розчину. Часткове осадження сполук з розчину досягається шляхом додавання до нього цинкового пилу в кількості, достатній для висаджування міді та германію без виділення сполук кадмію.

Інші домішки, наприклад миш'як, також осаджуються разом з міддю, і германієм. З цього моменту подальша обробка осаду з вмістом германію 1% завжди протікає однаково незалежно від його походження - з відходів чи колошникового пилу виробництва цинку або із золи, одержуваної при сгоранііугля. Шлам, що містить германій, знову розчиняється в сірчаній кислоті н концентрація германію збільшується при повторному осадженні. Отриманий концентрат германію висушується, прожарюється і розчиняється в концентрованій соляній кислоті.

Отриманий концентрат германію висушується, прожарюється і розчиняється в концентрованій соляній кислоті.

Отримувані при цьому тетрахлорид германію та треххлорістий миш'як відганяються від розчину і спрямовуються на подальше очищення. Очищення проводиться шляхом багаторазового перегонки чотирихлористого германію, гідролізу водою,


Підсистема виділення германію у вигляді побічного продукту: 1 - руда (сульфід цинку з вмістом германію 0,01-0,015%), 2 - випал і спікання рудного концентрату; 3 - SO, иа завод з виробництва сірчаної кислоти, 4 - оксид цинку Для подальшого виробництва; 5 - дим; 6 - вода, сірчана кислота; 7 - збір, вилуговування та фільтрація кадмієво-германієвого розчину; 8 - сульфат свинцю на плавлення; 9 - відділення кадмієво-германієвого розчину; 10 - точка відділення; / / - цинковий пил ; 12 - осадження германію (разом з міддю, миш'яком та іншими домішками в невеликих кількостях); 13 - фільтрація; 14 - розчин кадмію в подальше виробництво; 15 - осад (1% Ge); 16 - сірчана кислота, 17 - повторне розчинення; 18 - цинковий пил; 19 - осадження; 20 - бідний кадмієм розчин в цикл отримання кадмію; 21 - фільтрація; 22 - концентрат германію (10 -15%), 23 - висушування і прожарювання; 24 - концентрована соляна кислота, 25 - розчинення; 26 - тетрахлорид германію; 27 - перегонка; 28 - відпрацьований розчин; 29 - неочищений тетрахлорид германію (з домішками миш'яку та ін речовин), 30 - Фракційна перегонка; 31 - мідь, 32 - нагрів з вертикальним холодильником; 33 - арсенід міді; 34 - перегонка, 35 - чистий тетрахлорид германію, 36 - вода; 37 - гідроліз GefOH) ^ фільтрування, вакуумна сушка, 38 - чистий діоксид германію; 39 - водень; 40 - відновлення воднем в трубчастої печі; 41 - порошок германію; 42 - азот або аргон, 43 - плавлення і відливання у форми (1000 ° С), 44 - стрижні з германію; 45 - повторна плавка і кристалізація (зонна плавка); 46 - Високочистий германій для цілей електроніки (<1 ррт домішок) і прожарюванням з освітою чистого діоксиду германію. Металевий германій отримують відновленням діоксиду германію воднем в трубчастих печах.

Отриманий металевий германій в порошкоподібному стані піддається плавці і розливається у форми. Плавлення проводиться в атмосфері інертного газу _Для запобігання окислення. На цій стадії метал не володіє достатньою чистотою для використання в електронній промисловості. Додаткове очищення проводиться методом зонної плавки.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Реферат
56.4кб. | скачати


Схожі роботи:
Витяг кадмію з колошникового пилу
Безвідходна технологія добування свинцю з колошникового пилу
Випал цинкових концентратів
Автоматизація Вельца печі для переробки цинкових Кекова
Попередній випал цинкових концентратів для дистиляційного процесу
Електрохімічна поведінка германію
Зонна плавка германію та кремнію
Особливості п єзоопору германію в області власної провідності
Визначення вмісту германію в твердому електроліті GeSe GeJ2
© Усі права захищені
написати до нас