ДБП-да пайда болатын шлам мен шаңның мөлшері, олардың химиялық түйіршік өлшемді құрамы бірінші ретте балқытылатын болаттың маркасымен, бастапқы металл шихтаның құрамымен және қолданылатын газ тазарту сұлбасымен анықталады. Шаң мен шламды перспективалы өңдеу тәсілдері домна мен болат балқыту өндірісндегі шихтада пайдалануға жарамды шикізатты бір мезгілде алу кезіндегі түсіт металдың тиімді бөлінуін қамтамасыз ететін тотықсыздандыру процестерін қолдануға негізделген.
Құрамында темір бар шаң мен шламның пайда болуы мн қолданылуы арасындағы диспопорция басқа тепе-тең жағдайларда оларда мырыш, қорғасын және сілтілік металл сияқты зиянды қоспалардың жоғары мөлшерімен байланысады. Сондықтан оларды қолдану процесінен бұрын осы қоспаларды жою кезеңі тұрады. Түсті және сілтілік металл қалдықтарын гидрометаллургиялық немесе пирометаллургиялық тәсілмен, сонымен қатар оларды сұйық ваннада балқыту және тотықсыздану жолымен алады. Шламды және шаңды қолдану мәселесі сонымен қатар олардың химиялық және түйіршік өлшеміді құрамының тұрақсыздығымен күрделенеді.
ДБП-да болатты балқыту кезінде пайда болатын шаң негізінде 5 мкм-ден аз жұқа фракциямен берілген. Барлық шаң мен шламды шартты түрде үш категорияға бөлуге болады: 1- түсті (Zn, Pb),сілтілік (Na, K) және қоспаланған (Cr, Mo, Ni) элементтерінің минимум мөлшері болатын шлам мен шаң; 2-қоспаланған элементтер- марганец,хром,никель,молибден және т.б. мөлшері; 3-түсті және сілтілік металл- мырыш,қорғасын,кадмий,натрий,калий мөлшері көп болатын шлам мен шаң.
Бірінші топтағы шлам шихталы материал ретінде агломерат пен шекемтас өндірісінде қолданылады. Құрамында темір бар шикізатты өңдеудің қалдықсыз технологиясын құру кезінде шламның сусыздандыру деңгейімен анықталатын сусымалылығын ескереді. Бұл шлам мен шаңды қолданудың кеңінен тараған тәсілі-шойын мен болатты балқыту кезінде шихта құрамында әрі қарай қолдана отырып, оларды шекемдеу немесе брикеттеу тәсілімен кесектендіру.Бұдан басқа, бұл қалдықтарды химиялық өндірісте темір коксты алу үшін; мырыш пен қорғасынның жеңіл ұшқыш түсті металын алдын-ала алу үшін; құрылыстық қажеттіліктер үшін қолдану зерттелуде.
Бірінші категориялы шлам мен шаңды пайдаға асырудың аса дамыған өндірістік тәсілі-оларды темір рудалы концентратпен бірге қоспада агломерациялау. Құрамында темір бар шаң мен шламды айнымалы пештерде 1050ºС температурада өңдеу металдану деңгейі 90-95 % дейін мырыш пен қорғасын бар материа алуға мүмкіндік береді. Қоюландырғышта араластыратын, содан кейін шығарылатын газбен құрғатылатын, ұсақталатын және кесектенетін шлам мен шаңды бірге қолануға болады. Дайын шекемтастар оттекті- конвертерлік балқытуда суытқыш етінде қолданылады.
Шаң тәрізді қалдықтарда бағалы элементтердің болуы жаңа технологиялық шешімдер жасауда қажет етіледі және оларды алуға рентабельді етеді.
Екінші категориялы шлам мен шаңды қолданудың өндірісте игерілген тәсілі – сәйкес қоспаланған болаты балқыту кезінде әрі қарай қолданумен оларды алдын-ала брикеттеу немесе шекемдеу.
12,6-17,4 % мөлшерде жоғары қоспаланған болатты балқытудың шаң мен шламды илекті от қабыршақпен (35-17,4 %), аргонды- оттекті үрлеуден кейінгі шаңмен (9.5-13 %), ыспалаушы шаңмен (28-39.1 %), ұсақталған тотықсыздандырғыш кокспен (8,5-10 %) және бетонды байламмен (1-2 %) араластырады, 110-130ºС температура кезінде 8 сағат көлемінде шекемдейді және құрғатады.Құрамында 42,5 % Fe; 9.6% Cr; 4.0% Ni және 0.7 % Mo болатын, металды шихтаның массасынан 16% мөлшердегі алынған шекемтастар коррозияға төзімді болатты балқыту кезінде қолданылады. Қоспаланған элементтерді алу деңгейі 90%-ды құрайды.
Құрамында жеңіл ұщқыш түсті және сілтілік металл болатын үшінші категориялы шаң мен шламды өңдеу аса күрделі. Барлық элементтердің толық қолдануы үшін нақты кезеңде жеке элементтерді алумен бірнеше бірізді технологиялық процестерді ұйымдастыру керек.
Қазіргі таңда құрамында жеңіл ұшқыш түсті металл болатын шаң мен шламды өңдеудің бірнеше тәсілі бар, оларды шартты түрде екі топқа бөлуге болады: пирометаллургиялық жіне гидрометаллургиялық. Гидрометаллургиялық процестер металдың одан әрі электролиттік бөлінуімен мырыш пен қорғасынды ерітіндіге айналдыруға негізделген. Бірақ пирометаллургиялық кеңінен тарады. Бұл процесті ұйымдастыру принципі шаңның құрамынан қорғасын мен мырыштың сілтілік металдарының, қыздыру кезінде түрлі парциаль қысымға негізделген біртіндеп бөлінуінен тұрады.
Қара металлургиядағы шаңдар
Қара металлургияда шаң темір оксиді,кремний,кальций,магний және силикаттар және ферриттер түрінде болады.Шламдар құрамы бойынша шаңға ұқсас,бірақ құрамында суы көп болғандықтан,ылғал тазалау процесінен өтеді.
Құрамында мырышы көп қалдықтар(шлак,шаң,шлам) және ломдар қорытпалар өндірісінде шихтаға материал ретінде және жоғары сапалы материал алуда,химия өнеркәсібінде бояу алу мақсатында қолданылады.
Қалдықтарда күрделі химиялық немесе заттық құрамында(металл,оксид,сульфид,хлорид,химиялық қосылыстар,т.б.) кездессе арнайы өңдеу тәсілін қажет етеді.
Ірі шаңдар (бөлшектер өлшемі бірнеше ондық микрон) негізінде өңделетін материалдардың механикалық жоғалу есебінен түзіледі, сондықтан олар өздерінің құрамы бойынша бастапқы шикізатқа жақын болғандықтан процестің басына қайта жіберіледі. Металдар немесе олардың қосылыстарының буларының конденсациялау есебінен түзілген ұсақ шаңдар (бөлшектер өлшемі бірнеше микрон немесе одан да төмен) кейбір түсті және сирек кездесетін металдармен анағұрлым байытылған.
Ұсақ шаңдар негізінен ұшқыш металдардан – қорғасын және мырыштан құралады. Сонымен қатар, оларда кадмий, индий, таллий, селен, теллур сияқты бағалы компоненттер концентрленеді. Сондай-ақ шаңдарға мышьяк, хлор және фтор кіріп, оның әрі қарай қайта өңделуін біршама қиындатады.
Шаңдарға өту дәрежесі мен мұндағы түсті және сирек металдардың концентрациясы олардың шикізаттағы мөлшерімен, металлургиялық процестердің технологиялық режимімен, осы кезде түзілетін химиялық қосылыстардың қасиеттерімен, шаңұстау жүйесінің конструкциясымен анықталады. Компоненттердің ұшырынды шаңдарға өту есебінен және ұсақ шаңдардың шығуы салыстырмалы аз болуының арқасында олардағы сирек және кейбір түсті металдар, толық бөліп алмағанның өзінде де, концентратқа қарағанда ондаған есе және кенге қарағанда 100-200 есе артық болады.
Ірі шаңдар шаңды камераларда, циклондарда және құрғақ электрсүзгіштерде ұсталады. Аса майда бөлшекті шаңдар бұл құрылғылармен ұсталмай, бір қатар жағдайларда газдармен бірге атмосфераға шығарылады. Өте майда шаңдардың ұсталуын пульпа түрінде газдарды сулы әдіспен тазартуға арналған құрылғыларда (скрубберлер, көбікті аппараттар, сулы электрсүзгіштер) жүзеге асырады. Бұл пульпаны қойылтқаннан кейін құрамында бір қатар құнды компоненттері бар шлам алынады.
Шаңдардың заттық құрамы да өте күрделі болып табылады, олардағы металдардың негізгі бөлігі тотықтар, сульфидтер, сульфаттар, арсенаттар, хлоридтер, селенидтер және басқа қосылыстар түрінде кездеседі.
Өндірістік циклда шаңдардың көп реттік айналуы (оборот) бір жағынан құрамындағы түсті және сирек металдардың жинақталуына, ал екіншіден, айналымның әрбір циклінда металдардың жаңа қосымша жоғалуына (механикалық жоғалулар, шлактармен, газдармен, оңай ұшатын қосылыстардың толассыз ұсталу есебінен) әкеп соғады.
Шаңдардың айналымы тек сирек және түсті металдардың жоғалуына әкеп соқпайды, сонымен қатар негізгі компоненттерді бөліп алу технологиясын қиындатады және оның көрсеткіштерін төмендетеді.
Сонымен, шаңдарды қайта процеске қайтару қажетсіз салдарға әкеледі. Бірақ сол уақытта шаң құрамындағы мышьяк, хлор және фтордың жоғары мөлшері олардан мырыш пен кадмийді бөліп алуын төмендетеді, ал кейбір жағдайларда сирек металдарды бөліп алуын тіпті мүмкін емес қылады. Сондықтан шаңдарды өңдеудің технологиялық сұлбалары тек құнды компоненттерді бөліп алуды ғана емес, сонымен қатар процестен мышьяк, хлор және фтор шығаруды қамтамасыздандыру керек.
Шаңды бөліп алу.Шаң ұстау аппараттары
Кез-келген металлургиялық процессте белгілі бір түрде шаң түзіледі.Қоршаған ортаны қорғау мақсатында және қалдықсыз технологияны дамыту үшін түзілген шаңды ұстап, утилизация жасау керек.
Шаң ұстаудың екі түрі бар: құрғақ және ылғал шаң ұстау болып бөлінеді.
Жұқа дисперсті шаңдарды бөліп алуда құрғақ және сұйық шаң аулау қолданылады. Нәтижесінде шаң мен шламды алып өңдеу, мүмкіндігіне ие боламыз.
Қара металлургияда шанның түзілуіне, себеп болатын негізгі дереккөздер болып технологиялық аппараттар болып табылады(агломерациялық машина, домна пеші,болат балқытушы пештер т.б.)
Шаң ұстау процестеріне арнайы шаң ұстаушы аппараттар қолданылады: Гравитациялық сеперация-шаңтұндырушы камераларда шананың ірі бөліктерін тұндыруда қолданылады.Ауырлық күшінің әсерімен, шаң газды ағынмен тұндырылып алынады. Аппараттың төмен өнімділігіне байланысты, тазалаудың бірінші кезеңінде, бұл аппараттар сирек қолданылады. Соның әсерінен, шаң тұндырушы аппараттардың тазалауы 40-50%-тен аспайды.
Инерциялық сеперация-өлшенген қатты қоспаларды алуда қолданылады. Бұл процесстің тиімділігі 20мкм-ден аса шаңды ұстауға мүмкіндік береді.
Ортадан тепкіш сеперация - құрғақ тазалау әдісінде көп таралған аппараттар ортадан тепкіш шаң ұстағыштар (циклондар,батереялы циклондар,ротоциклондар,т.б.) айтады.
Бұл қондырғыларда шаң ұстау жүйесі газды ағынның айналмалы қозғалыс жүйесіне негізделген. Центрден тепкіш күште гравитация көп болғандықтан, центрден тепкіш аппараттарында шаң ұстау неғұрлым тез және басқа да шаң ұстау аппараттарына қарағанда өнімділігі мықты болады.
Соңғы уақыттарда айналмалы шаң ұстағыштар (ротоциклондар)көп қолданылуда. Бұл қондырғы сонымен қатар, вентилятор мен шаң ұстағыш рөлін атқарады. Ротоциклондар экономикалық тұрғыдан және өнімділігі жоғары және тазалаудың жоғары әдісін қамтамасыз етеді.
Құрғақ тазалау аппараттардың басымдылығына жоғары температураларда газды пайдалану мүмкіндігі және газды пайдалану мүмкіндігі және газды өнімдердің құрғақ күйде бөліп алуын жатқызуға болады. Құрғақ тазалаудың басты басымдылығы- суды қолдануды қажет етпейді. Соның нәтижесінде процесс қарапайым түрде жүзеге асып, экономикалық тұрғыдан арзан болады. Құрғақ тазалау аппараттарының басты кемшілігі-майда дисперсті шаңды тазалау мүмкін емес.
Мырышты қара металлургияда шаң қалдықтарынан бөліп алу
Қара металлургияда, домна және болат балқыту өндірістерінде қалдықтар шаң және шлам түрінде жиналады.Шаңның құрамында мырыш,қорғасын,магний,марганец т.б. түсті металлдар қоспасы кездеседі. Шаң және шламды айналмалы материал ретінде қолданса, мырыш концентрациясы көбейеді.Бұл өз кезегінде шойын мен болат алу технологиясын қиындатып жібереді. Қара металлургиялық өндірістерде шаң мен шламның мөлшері 15-25%-ке дейін жетеді.Сондықтан, шаңның құрамынан мырыш немесе басқа түсті металлдарды бөліп алуда құнды шикізат ретінде пайдаланылады
Шаң мен шламды вельцтеу
Қара металлургияда шаң мен шламды өңдеу вельц процесінің көмегімен жүзеге асады. Бұл процесс АҚШ,Германия,Жапонияда т.б елдерде кеңінен таралған. Домна шаңы мен конвертер шаңы, темір концентраттарымен қосылып, қоспа түзіп грануляция процесі жүреді. Соның нәтижесінде алынған қоспалар, 4-8мм болатын түйіршіктер вельцтеуге ұшырайды. Тотықсыздандырып күйдіру, диаметрі 3,2-3,5 м, ұзындығы-52 м, айналу жылдамдығы-10 айн/көлем, өнімділігі тәулігіне 160-200 т түйіршік,кокстың
Шығыны тәулігіне 200-300 кг/т түйіршік болатын пештерде жүргізіледі.
Шихта түйіршік пен коксиктің қоспасы ретінде шамамен 3 сағаттай пеште тұрады. Вельцтеу кезінде түзілген жентектер магнитті сеперациядан кейін коксиктер мен күлді жою үшін домна өндірісінде қолданады. Бөлінген газдар суытушы тік қабырға түседі,сосын циклондардан,құрғақ электрофильтр,скрубберден тұратын тазалау жүйесінен өтеді.Тазаланған газдар атмосфераға жіберіліп,хлорлы айдау гидрометаллургиялық өңдеуге жіберіледі. Хлорлы айдауда мырышты 87%-ке дейін бөліп алуға болады.Құрғақ шаң аулау жүйесінде ұсталған хлоридтер мен бастапқы шикізат кестеде көрсетілген.
Кесте 2- Шаң мен хлоридтердің құрамы
| Құрамы | Zn | Pb | Fe | Cl | F | |
| Бастапқы шаң | 24,1 | 2,6 | 29,1 | 4,5 | 0,30 | |
| Хлоридтер: Пештен шыққанда | 34,3 | 11,4 | 6,2 | 8,4 | 0,39 | |
| Суытушы құбырда | 48,8 | 10,1 | 2,9 | 10,2 | 0,26 | |
| Циклондарда | 58,6 | 4,7 | 1,5 | 11,1 | 0,26 | |
| Құрғақ электрофильтрде | 62,4 | 2,4 | 1,2 | 11,3 | 0,66 | |
Германияның өндіріс орындарында вельцтеу 1050ºС температура аралығында жүреді.Домна және болат балқыту өндірісінен алынған шаңдар түйіршіктелінеді. Металл жентектерін құрамындағы күкірттіне байланысты домна,конвертер және электрбалқыту өндірістерінде қолданады.Шихтаның жентектің құрамына кіруі, домна пешінің өнімділігін арттырады және кокстың шығынын азайтады.
Газды тазалау үрдісінде ұсталған хлорлы айдаудың орташа құрамы (Zn 35%,Pb 10.4%,Feжалпы, C 8.7%) гидрометаллургиялық өңдеуге жіберіледі.
Қара металлургияда қалдықтарды вельцтеу сапалы мырышты бөліп алуға және темір жентектерін алуды қамтамасыз етеді.Бірақ вельцтеудің кемшілігі үлкен шығынды қажет етеді және хлоридтерді мырыштан бөліп алуға түседі.
Шаңды плазмацинк процесі арқылы өңдеу
Бұл процесс “SCF Steel” швед фирмасында жасалған. Негізінде процесс кокспен толтырылған шахта пешінде жүзеге асады. Пештің жұмыс кеңістігінің төменгі жағында құрамында түсті металл және таскөмір шаңдары бар металлургиялық қоспалар арнайы қондырғылармен өндіріледі. Плазмалы оттық пеште 3500ºС дейін қызған қоспаларды табиғи газбен жібереді.
Жоғарғы температура процессі және тотықсыздандырғыш орта жоғары бу қысымы бар, металл оксидтері мен хлорды айдауды толық қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. Күйдірілген шаң бөлшектерін және металл буының газын өткізуші фильтр рөлін атқарады.Газ бу конденсациясынан кейін,металлды бөліп алу табиғи газбен бірге шаңды ауамен үрлеу үшін қолданады. Бастапқыда ғалымдар Плазмацинк процесінің тиімділігін зерттеу үшін ғалымдар өндірістік тәжірбие сынағын жүргізді. Тәжірбие бойынша жылына 20000 т, 4500 т темір және 22000 т шаңнаң алынған темір, оған сәйкесінше
пайыздық құрамы (Zn 22%; Pb 5%; Fe 26%) болатын қондырғыларда сынақ жүргізілді. Көрсетілген металлдарда кокстың шығыны 0,023-0,285 т аралығында болды. Электр энергиясының шығыны металлдың физикалық қасиетіне байланысты 684,4-3300 кВт*сағ аралығында болады.Зерттеу бойынша қондырғының шығынының өзіндік құнын өтеу мерзімі 3 жыл. Бұл процессті қара және түсті металлургияда құрамында мырышы бар шаң қалдықтарын пирометаллургиялық жолмен өңдеуге болады. Бұл әдіс мырышы бар қалдықтарды вельцтеуден гөрі әлдеқайда тиімдірек. Өйткені, кокстың шығыны аз және газдың аз шығуы,тазалауға кететін капитальды және эксплуатациялық шығындардың аз болуы, жоғары сапалы мырыш алу мүмкіндігі т.б.
Шаңды гидросеперациялау
Бұл әдіс жапондық “Rasa Coorperation Construction and Engineering” компаниясында жасалған. Процесс домна балқыту және конвертер пештерінде,майда шаң бөлшектерін өңдеу кезінде, мырыш буының конденсация құбылысына негізделген.
Домна және конвертер шаңы классификациясында, шаңды майда фракцияға бөлу арқылы, мырышқа бай өнім алуға болады.
Шойын мен болатты балқытуда түзілген шаңдарды сұйық газ тазалау жүйесінде ұстайды. Пульпаны тазалау жүйесінен қойылтқышқа жіберіп, жоғары қабатты скрубберге қайтарады,ал төменгі қабатты екі сатылы классификацияға бағыттайды. Шаң қоспалары құрамы бойынша (домна-30%, конвертер-30%,агломерация-23%, темір кендерінінің шаңы-23%, темір кендерінің шаңы-17%) өңдеуді қажет етеді.Классификацияны құрамында қатты бастапқы 35% болатын пульпада және пульпаны тығыздығы 3200 кг/см3 болатын гидроциклондарда өткізеді. Классификацияда 1-ші және 2 ші сатыда өнімділігі-85%. Классификацияда құрамында мырышы көп шаң мен шламды бастапқы шаңға қарағанда көп бөледі.
Мырышты шламды бөліп алу 80-90%,бұл өнімді гидрометаллургиялық өңдеуге жібереді.Шаңды агломерацияға жіберіп, сосын домналы балқытуға жібереді.
Гидравликалық классификация әдісі қара металлургияда қоршаған ортаны
қорғауды, шаңды вельцтеу арқылы өңдеуге қарағанда эксплуатациялық және капитальды шығыны аз.Бұл әдіс Жапонияның бес ірі металлургиялық өндірістерінде және 20-дан астам елдерде патентелген.
Сонымен қатар Германия, АҚШ, Голландия,Франция және Канада да кеңінен пайдаланылады.
Шаң мен шламды гидрометаллургиялық өңдеу
Домна өндірісінде шаң мен құрғатылған шлам сілтілі шаймалаумен немесе сілтілі ерітінді электролизі арқылы өңделеді.
Шаң мен шламды 55-70ºС температура кезінде NaOH сілтілі ерітіндіде шаймалайды. Пульпа фильтрация мен қойылтуға ұшырайды. Құрамында Fe-25% және C-15% кек агломерациядан кейін домналық балқытуға жіберіледі.Ерітінді электролизде ерімейтін анодқа түседі.Жоғары тығыздық кезінде токтың тығыздығы (1350 А/м2) катодта мырыш түрінде ұнтақтың бөлінуін қамтамасыз етеді. Өңделген электролитке NaOH қосылғаннан кейін шаңды шаймалайды. Мырышты шаңнан бөліп алғанда мырыш 94%-ке дейін жетеді.Бұл әдістің тиімсіздігі-электроэнергия және каустикалық соданың шығыны көп болады. 1 т өнімге, 1 т каустикалық сода кетеді.
Домна шаңын мырыш тотығы түрінде бөліп алу технологиясы ОПИ-да жасалынды. Домна шаңын шаймалау (құрамы:ZnO-13.81%,Fe3O4-4.41%,Fe2O3-25.06,SiO2-8.87%,CaO-6.06%,MgO-2,15%,C-27%) cілтілі-мырышты ерітіндінің айналымы жүзеге асыру үшін 1 тонна шаңға 3-3,2м3 аралығында ерітінді шығыны кетеді. Ерітіндінің құрамында 250-270 г/л,Na2O және 55-65г/л ZnO болады. Шаңды шаймалау 98-100ºС температура аралығында кезінде 4-5 сағат бойы жүргізеді.
Шаймалаудың соңында пульпаны Na2O-100-110 г/л және ZnO-44-48 г/л болғанша араластырып фильтрлейді. Кекті конденсатпен шайып,шайылған суды пульпаны араластыру үшін қолданылады.Мырышты ерітіндіде мырыш тотығын бөліп алады.Бұл процесс 4-6 сағат аралығында жүріп өтеді.Нәтижесінде 50%-ке жуық ерітінді бөлініп алынады.Алынған мырыш тотығын қойылтып, сосын шаяды.Процесс кезінде NaOH шығынын ерітндінің айналымына кіргізіп толтырады.Бұл технологияда мырышты шаңнан бөліп алу жеткіліксіз,әрі тиімсіз болады.Сонымен қатар каустикалық соданың шығыны да көп.
