IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Отходы в черной металлургии начинают образовываться уже на стадии добычи руды. При этом следует отметить, что примерно 70% вскрышных пород и отходов обогащения можно использовать при производстве строительных материалов.

Важным шагом использования шламов, содержащих железо, и улавливаемой пыли является добавление этих шламов к агломерационной шихте. Так же, необходимо, чтобы все шлаки и пыль, улавливаемые всевозможными способами, полностью проходили утилизацию по прямому назначению. Из мировой практики известно, что в ряде стран Европы пыль из рукавных фильтров сталеплавильных печей используется для выплавки углеродистого ферромарганца. Применяется также пыль магнетизирующего обжига железоборитовой руды на одном из производств Европы. Шлам находит применение в металлургии, если его влажность не превышает 12%, но такая влажность большая редкость, поэтому, прежде чем использовать его необходимо обезвоживать[1].

На сегодняшний день существует множество способов некоторые способы.

1.Естественный способ

Естественная сушка шламов на дренирующих земляных иловых площадках является самым дешевым и наиболее распространенным средством обезвоживания.

Предназначенные для обезвоживания шламов площадки для естественной сушки представляют из себя спланированные, обвалованные земляными валиками участки (карты). Шламы подсыхают здесь до влажности 7—9%, уменьшаясь в объеме от 1,5—12 раз и приобретая удобную для транспортировки и использования структуру[2, с.34].

Основным требованием таких площадок это хорошо фильтрующий грунт (супесь, песок), наличие залегания уровня грунтовых вод на глубине не менее 2 м от поверхности шламоотстойника и разрешение Государственной санитарной инспекции выпускать шламовые воды в грунт.

В случае, когда фильтрующие грунты отсутствуют или когда по санитарным условиям проникание шламовых вод через грунт недопустимо, для площадок естественной сушки нередко сооружают искусственное водонепроницаемое основание (из бетона или из жирной глины) с искусственно сделанным дренирующим слоем[3].

В благоприятных условиях этот дренирующий слой обычно делают из 0,25 м гравия или шлака и 0,25-0,3 м крупного песка. Для отвода профильтровавшейся шламовой воды сооружаются траншеи с дренажными трубами диаметром от 80 мм. На таких площадках механизация уборки подсушенного осадка затруднительна.

При расположении площадок для естественной сушки учитывается возможность максимального использования факторов ветра и солнца, которые в значительной мере способствуют подсушке осадков. Вместе с этим необходимо соблюдать условие, исключающее действие ветров в сторону близко расположенной жилой застройки.

В случае отсутствия возможности устроить шламовые площадки по санитарно-гигиеническим условиям вблизи очистной станции, их рекомендуется располагать за пределами очистной станции, в центре сельскохозяйственных участков. Сюда осадки могут перекачиваться по трубам для подсушки их и последующего использования.

Удаление подсушенного осадка осуществляется автомашинами, для чего предусматривается съезд на каждую шламовую площадку и устройство автомобильных дорог. На небольших площадках довольно часто устраиваются узкоколейные пути для вывоза осадка вагонетками. Загрузка автомашин и в особенности вагонеток обычно производится вручную[4].

Недостатками естественной сушки с дренажем является : чрезмерная длительность сушки, малая степень высушивания, необходимо иметь большие площади для отстойников.

1.2 Обезвоживание технологических осадков технологией Geotube^®

Технология обезвоживания Geotube является эффективной альтернативной технологией по обезвоживанию практически всех видов технологических осадков.

Контейнеры Geotube производятся в зависимости от требуемых объемов обезвоживания могут изготавливаться любых размеров. Сокращение в объеме обезвоживаемых объемов может достигать 92%, с высокой плотностью обезвоженного материала на выходе [5].

Технология Geotube^® – экологически чистый способ обезвоживания осадков и шламов. Это технологический процесс гравитационного обезвоживания разнообразных по происхождению суспензий (ил, пульпа, осадок, шлам) в тканых контейнерах, сшитых из полипропиленового материала на основе ткани марки с достаточно высокой плотностью, соединенных в прочную ткань со статичным положением нитей относительно друг друга. Материал по своей сущности имеет уникальную тонкую структуру пор, которая обеспечивает задержку шламовых частиц малого размера в контейнере и свободный выход из него остаточной влаги. Благодаря такой системе работы технология Geotube® обеспечивает высокую производительность без значимых капитальных затрат выходом до 1600 м³ обезвоженного материала в одном контейнере. Производительность и требования к составу пульпы на выходе определяют через тип: земснаряда, насоса, сечение пульпопровода, площадь земельного участка доступную для размещения комплекса, но не контейнера геотубы, что принципиально отличает данную технологию обезвоживания от аппаратных методов обезвоживания.

Различные по своему гранулометрическому составу органические и минеральные отходы, грунты, после обезвоживания в контейнерах Geotube^® представляют собой плотный материал, который удобен для транспортировки или складирования, планировки, погрузки, в том числе захоронение непосредственно по месту обезвоживания без вскрытия контейнера (рис.1-2). Обезвоженный материал в контейнере не впитывает воду извне, но при этом свободно отдает влагу, а также газы, если в нем протекают остаточные биологические процессы.

Риуснок 1 – Макросъемка геотекстильной ткани геотуба

Рисунок 2 – Геотубы во время заполнения фильтрующей жидкостью

Установка и удаление системы Geotube® простые и не требует большого количества времени, что делает технологию незаменимой при рекультивации загрязненных территорий и иловых карт, санации рекреационных и городских водоемов.

Для процесса обезвоживания подаются шламы с обогатительных комбинатов ( например с Ингулецкого ГОКа) с содержанием железа около 50% представленные на рисунке 3 (а, б) [5].

а- обогатительной фабрики, б – фабрики металлизации

Рисунок 3-Обезвоживание шламов Ингулецкого ГОКа, Кривой Рог

В контейнер происходит закачка шлама влажностью около 40%. Затем спустя некоторое время выходит свободная вода. Далее подкачивают контейнер необходимое количество раз, сколько надо для заполнения вмещающего объема контейнера. После заполнения, контейнеры находятся в покое для консолидации – период времени, в который выходит тонко капиллярная влага. В результате вылеживания закаченный шлам получается рассыпчатой консистенции. Площадки для обезвоживания и захоронения шламов ГОКов выполняются с высокими бермами. Свободная влага выходит из шлама через мелкие поры тканой стенки контейнера состоящего из геотекстиля. В результате этого осадок проходит обезвоживание и, как следствие, уменьшается в объеме. Для улучшения водоотдачи осадка, в него чаще всего добавляют органические флокулянты на основе полиакриламида. Эти реагенты связывают между собой мелкие частички шлама, благодаря этому возрастает скорость водоотдачи, а фильтрат, на выходе из контейнера, имеет чистоту и не содержит механических взвесей.

Кроме того, контейнер не впитывает атмосферные осадки, и шлам не подвергается повторному обводнению. После завершения активной стадии водоотдачи осадок, закаченный в геотекстильные контейнеры, продолжает обезвоживаться благодаря испарению через большую площадь поверхности контейнера и хорошей светопоглощающей способности геотекстиля. .

Положительным фактором на процесс обезвоживания влияет «зимование» контейнера геотубы. Благодаря промерзанию осадка меняется его структура, и отделяется остаточная влага.

В результате, после оттаивания весной из контейнера выходит дополнительная порция воды, и объем шлама содержащегося в мешке сокращается. Благодаря обезвоживанию в контейнере обезвоженный осадок (шлам) становится материалом, удобным для погрузки и транспортировки. Контейнер вскрывается, и его содержимое вывозится. На рисунке 4 представлена схема использования геотуба[5].

Рисунок 4 – Схема использования геотуба

Преимущества использования технологии Geotube: мобильность технологии, отсутствие капитального строительства, низкая энергоемкость, непрерывность технологического процесса, возможность ведения процесса при отсутствии технологической воды,получение фильтрата соответствующего требованиям сброса в голову очистных сооружений очистки сточных вод, получение экологически безопасного продукта,незначительные эксплуатационные затраты.

Недостатки: для реализации способа геотуб, необходимо иметь свободное пространство для геотекстильных мешков, водонасосную станцию, геотубы не могут быть использованы повторно [5].

1.3 Способ фильтрации

Первым этапом обезвоживания металлургических шламов – это сгущение. Оно происходит в сгустителях – отстойниках, в которых производится под действием сил гравитации процесс повышения концентрации сгущаемого продукта. Сгуститель (рис. 5) имеет чашу цилиндрической формы диаметров от 2 до 55 метров [6].

Дно чаши сделано со слабым уклоном к центру, где снизу располагается воронка для выгрузки сгущенного продукта. Гребковая рама закрепленная на центральном валу, которая, вращаясь со скоростью от 1,5 до 16 об/мин перемещает осадок к разгрузочной воронке. По бортам чаши расположены сливные желоба. Чаши в центре имеет глубину от 1,5 до 7,5 м. В крупных сгустителях с диаметром чаши больше 10 м имеют гребковую раму равную радиусу чаши. После процесса сгущения у осадка ещё довольно высока влажность до 40%. Последующее обезвоживание шлама производится фильтрованием через специальную синтетическую ткань на основе полиамидных волокон: капрона, нейлона, силона и т.д. Фильтрование производится либо под разряжением (вакуум-фильтры) либо под повышенным давлением (пресс-фильтры).

1 - резервуар (чан); 2 - сливной колодец; 3 - разгрузочная воронка; 4 - ферма; 5 -центральный вал; 6 - гребковая рама; 7 - приемный стакан; 8 - привод; 9 - опорная головка; 10 - подвижная ферма; 11 - разгрузочная труба

Рисунок 5 - Сгуститель с центральным (а) и периферийным (б)приводом .

Преимущества которыми обладают дисковые вакуум-фильтры: большей площадью фильтрующей поверхности, а, следовательно, и большой производительностью; возможностью быстрой и простой замены секторов с порванной фильтротканью; низкой металлоемкостью.

Дисковые вакуум-фильтры используются для фильтрации шламов с однородной, медленно расслаивающейся, твердой фазой, скорость осаждения твердых частиц большей крупности не превышает 17 мм/с, а толщина слоя осадка 7 мм достигается через 80 с [7].

Поверхность фильтрования у дисковых вакуум-фильтров образована дисками вертикального вращения, которые частично погружены в ванну со шламом. Каждый диск(рис. 6) состоит из отдельных секторов, обтянутыми фильтровальной тканью и установленных на пустотелом ячейковом горизонтальном валу.

Рисунок 6 – Принципиальная схема работы вакуумного фильтра[7].

При вращении дисков каждый ряд секторов через каналы ячейкового вала сообщается с различными полостями неподвижной распределительной головки, прижатой к торцам ячейкового вала пружинами, и последовательно проходит зоны набора осадка, обезвоживания и просушки осадка, отдувка кека и зону регенерации фильтровальной ткани. Зоны набора и просушки осадка соединены с вакуум-проводом, а зоны отдувки и регенерации – с линией сжатого воздуха через соответствующие полости распределительной головки [8].

Во время погружения секторов в шлам в зоне, где набирается осадок, из-за действия разности давлений по обеим сторонам перегородки происходит отсасывание жидкости из шлама и набор осадка на ткань. Частички твердого образуют осадок на поверхности ткани секторов, а жидкость, проходя через осадок и ткань, собирается во внутренней полости секторов, откуда удаляется в ресивер вакуум фильтровальной установки по каналам ячейкового вала и через полости распределительной головки.

В зоне обезвоживания и просушки осадка, находящейся также под разрежением, для вытеснения остатков фильтрата атмосферный воздух просасывается через поры осадка.

Слабое звено вакуум-фильтров является быстрый износ фильтрующей ткани. Актуальной задачей на сегодняшний день является: создание минимально возможного гидроаэродинамического сопротивления водо-воздушной смеси в тракте диска от фильтрующей перегородки до вакуумной системы.

Для труднофильтруемых с малым содержанием твердых частиц шламов нашли применение фильтр-прессы различной конструкции, перепад давлений в которых на фильтре достигает 2,5 МПа. На рисунке 7 приведена схема ленточного фильтр-пресса «Flock-press» фирмы «Degrenom» (Франция).

Рисунок 7.- Ленточный фильтр-пресс "Flock-press" фирмы "Degeron" (Франция)

Начальный шлам (3) по лотку (1) поступает на движущуюся фильтровальную ленту (2), которая поддерживается опорными роликами на горизонтальном участке (4). На этом участке проходит фильтрация под действием капиллярных и гравитационных сил. Далее по цепочке шлам поступает на поверхность барабана (9), к которому прижимается прессующая лента (6), движущаяся синхронно с фильтрующей лентой. Перемещением роликов регулируется величина давления (5) и (7). Снятие осадка происходит скребком с прессовой и фильтрующей ленты. Потом промывается фильтрующая лента водой (10). Влажность шлама после фильтропрессования 6-8%.

Как видно, подготовка влажных шламов достаточно трудоемка. Этот вариант утилизации не требует специального оборудования для фильтрации, но для него необходимо иметь в наличии большие территории и свободные карты обезвоживания.

На ряде предприятий черной металлургии применяют другую схему подготовки влажных шламов: шламы из радиальных отстойников-сгустителей поступают на вакуум-фильтры, а после них с влажностью 23-29% , поступают в барабаны термической сушки, где сушатся до влажности около 9%, а затем шлам поступает на агломерационную фабрику. Стоимость подготовки из-за термосушки несколько повышается.

1.4. Патентный поиск

1.Патент на обезвоживание металлургических шламов при помощи технологии Geotube CN 103758079 A дата заявки 10 февраля 2014 [9]

Авторы : Ву Гоцян , Ву Вью

Технология подразумевает под собой перекачку шлама через насосную станцию в мешки, сделанные из геотекстильной ткани для последующего его обезвоживания.

2.Патент на сушку металлургических шламов при помощи барабанной сушилки РФ 2314470 дата заявки 10 января 2008 [10].

Авторы : Лобанов В. И. , Синогейкин А. В., Летяга Т. С. .

Изобретение относится к технике сушки сыпучих материалов в барабане и может найти применение в различных отраслях промышленности. Сушилка установлена под наклоном к горизонту 4-6 ⁰ в верхнюю часть подается сушимый материал, по всему объему сушилки движется горячий сушильный агент. Длина сушилки подбирается таким образом, чтобы на выходе из нее получать материал заданной влажности.

3.Патент на использование дисковых вакуум фильтров для обезвоживания шлама РФ 2085254 дата заявки 4 июля 1994 [11].

Авторы: Иоссель Ю.Я., Константинов Е.В., Липатов В.В., Федоров В.А.

Изобретение относится к оборудованию для обезвоживания суспензий, пульп и шламов и может быть использовано в технологических процессах обезвоживания различных тонкоизмельченных материалов, в частности, концентратов руд. Согласно изобретению, в дисковом вакуум-фильтре, который включает в себя ванну, вакуумное оборудование, вал с закрепленными на нем с фильтровальными секционированными дисками, которые в себе имеют внутренние полости, соединенными с одним полюсом источника постоянного тока, а также электропроводные элементы, соединенные с другим полюсом источника постоянного тока, электропроводные элементы установлены на валу с возможностью синхронного вращения по отношению к фильтровальным дискам, при этом они укреплены с возможностью периодического отвода от поверхности фильтровальных дисков

4. Патент на изобретение №2412258 Брикет для металлургического производства [ 12].

Авторы:Чичварин А.В.,Тимофеева А.С.,Крахт Л.Н.,Никитченко Т.В.,Тимофеев Е.С

Изобретение относится к утилизации отходов металлургического производства, а именно: металлургического шлама и металлизованной мелочи в цехе прямого восстановления железа. Брикет достаточно прочен и может транспортироваться на любые расстояния для последующего металлургического передела. Но для этого необходимо шлам обезводить.

1.5.Выводы.

Наиболее перспективным направлением утилизации железосодержащих шламов всего металлургического передела является применение их в качестве компонента шихты при производстве обожженных окатышей, а также как часть шихты в электропечах. Наиболее распространенные в промышленности технологии обезвоживания до влажности, приемлемой для последующей утилизации шламов при спекании агломерата, связаны с необходимостью сгущения и последующей фильтрации. Недостатком естественного способа является то, что наносится вред окружающей среде, обезвоживание зависит от погодных условий. Для способа геотуб необходимы флокулянты, площади для установки, повторное использование невозможно. Использование фильтров подразумевает под собой переделку технологической цепочки, затраты на новое оборудование.

Список использованной литературы:

1.StudFiles [Электронный ресурс] / Твердые промышленные и бытовые отходы, их свойства и переработка// Файловый архив для студентов — 2015.— Режим доступа: http://www.studfiles.ru/preview/405140/ (29.03.2016)

2. Аксенова В.И. Обработка и утилизация осадков сточных вод. Изд. 2-е. Челябинск.: Изд.”Восточные ворота”, 2002.-58с.

3. Воскобойников, В.Г. Общая металлургия. Учебник для вузов [Текст]/ В.Г. Воскобойников, В.А. Кудрин, А.М. Якушев. 6-изд., перераб. и доп. – М.: ИКЦ«Академкнига», 2002. – 768 с.

4. Старк С. Б. и Белянчиков Л. Н. Воздуходувные машины и вакуумный установки в.черной металлургии. М., «Металлургия», 1971, 263 с. с ил.

5.Сервис О.К [Электронный ресурс] / концерн "Ashland", один из крупнейших в мире в области химических и аппаратных методов обработки вод, жидкостей и растворов. // Обезвоживание технологических осадков технологией Geotube — 2016.— Режим доступа: http://serviceok.com.ua/menyu/tech/obezvozhivanie-osadka-v-geotubax/ (21.02.2016)

6. Гидротренд [Электронный ресурс] / Машиностроительное предприятие гидротренд . // Дисковые вакуум-фильтры — 2015.— Режим доступа: http://hydrotrend.ru/vakuum-filters/disk-vakuum-filters// (31.03.2016)

7. НТЦ Бакор [Электронный ресурс] / Научно-технический центр «Бакор» специализируется на выпуске плотной – специальной и пористой проницаемой керамики, огнеупоров и плавильных тиглей, керамических фильтров и фильтрующих элементов, керамических аэраторов . // Фильтры для концентратов — 2016.— Режим доступа: http://ntcbacor.ru/activities/filtration/filraciya_koncentratov/ (06.03.2016)

8. Трубопроводная арматура, химические реагенты и системы очистки промышленных сточных вод от европейских производителей [Электронный ресурс] / Очистка сточных вод . // Устройство и принцип работы дисковых вакуум фильтров. — 2015.— Режим доступа: https://nomitech.ru/articles-and-blog/ustroystvo_i_printsip_raboty_vakuum_filtrov// (31.03.2016)

9. Google патенты [Электронный ресурс] / Google патенты // Ecological geotube submerged breakwater and stacking method thereof — 2015.— Режим доступа: http://www.google.com/patents/CN103758079A?cl=en (31.03.2016)

10.Freepatent [Электронный ресурс] / Патентный поиск в РФ //Патент на вакуум фильтр для использования в процессе обезвоживания — 2015.— Режим доступа: www.freepatent.ru/patents/2085254 (31.03.2016)

11. Freepatent [Электронный ресурс] / Патентный поиск в РФ //Брикет для металлургического производства — 2015.— Режим доступа: www.freepatent.ru/patents/2412258 (31.03.2016)

12. Тимофеева А.С., Никитченко Т.В., Чичварин А.В., Крахт Л.Н. Переработка металлизованной мелочи и шламов, образующихся при прямом восстановлении железа./Тимофеева А.С., Никитченко Т.В., Чичварин А.В., Крахт Л.Н.//Сталь.- 2013. № 11.- С. 99-100

12

Код для цитирования: Скопировать