blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2020-8-631-638blackmet-1955Research ArticleПо итогам Международной научной конференции «ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ» им. академика А.М. САМАРИНА, Москва, 25 – 28 ноября 2019 г.Futher to the International Scientific Conference “PHYSICO-CHEMICAL BASES OF METALLURGICAL PROCESSES” named after Academician A.M. SAMARIN, Moscow, November 25 – 28, 2019Исследование процесса безуглеродного селективного извлечения цинка и свинца из пыли ДСПSelective extraction of carbon-free zinc and lead from EAF-dustСимонянЛ. М.SimonyanL. M.

д.т.н., профессор кафедры металлургии стали, новых производственных технологий и защиты металлов

119049, Москва, Ленинский пр., 4

Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Chair of Metallurgy of Steel, New Production Technologies and Metal Protection

Moscow

lmsimonyan@yandex.ruДемидоваН. В.DemidovaN. V.

аспирант кафедры металлургии стали, новых производственных технологий и защиты металлов

119049, Москва, Ленинский пр., 4

Postgraduate of the Chair of Metallurgy of Steel, New Production Technologies and Metal Protection

Moscow

ndemidova_n@mail.ruНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС»РоссияNational University of Science and Technology “MISIS” (MISIS)Russian Federation202008102020638631638Copyright © Симонян Л.М., Демидова Н.В., 20202020Симонян Л.М., Демидова Н.В.Simonyan L.M., Demidova N.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1955

В электросталеплавильной пыли содержание цинка может достигать 43 %, содержание свинца 4 %, содержание таких э кантов, как диоксины и фураны (ДиФ), адсорбированных на частицах пыли, 500 нг/кг пыли. Обычно цинк и свинец восстанавливают из их оксидов углеродом (расход углерода составляет в среднем 500 кг/т пыли). Результаты термодинамических расчетов и экспериментальных исследований показали, что эти металлы могут быть извлечены из пыли без участия углерода или при его малом содержании (менее 3 %). Для извлечения свинца требуется температура порядка 1400 К, а для цинка – 2000 К. Температуры их извлечения зависят от состава пыли, в частности, от содержания углерода, хлора и соотношения О/С. Они могут зависеть также от фазового и дисперсного состава пыли. Проведен физико-химический анализ процессов пылеобразования в дуговых сталеплавильных печах (ДСП), изучены состав и свойства пыли, проведены экспериментальные исследования процесса селективного извлечения цинка и свинца в лабораторных условиях. Разработана технология переработки пыли и оценен возможный инновационный потенциал ожидаемых результатов. Предлагаемые подходы базируются на исследовании непрерывного двухстадийного процесса безуглеродного и селективного извлечения цинка и свинца из пыли ДСП разного состава. Одним из главных результатов работы, наряду с созданием технологии, обеспечивающей селективное извлечение цинка и свинца до 99 %, является разработка процесса обезвреживания пыли от ДиФ до экологически безопасного уровня.

In electric-arc furnace dust zinc content can reach 43 %, lead content can reach 4 %. The content of ecotoxicants such as dioxins and furans (D&F) adsorbed on dust particles achieve 500 ng/kg of dust. Generally, zinc and lead are reduced from their oxides by dint of carbon (an average of 500 kg/t dust). The results of thermodynamic calculations and experimental studies have shown that these metals can be extracted from dust without the participation of carbon or at its low content (less than 3 %) [1]. Temperature of about 1400 K is required to extract lead, and about 2000 K is required for zinc extraction. The temperatures of their extraction depend on the dust composition, in particular, on the content of carbon, chlorine and the O/C ratio [2]. They can also depend on phase and dispersed composition of the dust. A physicochemical analysis of the dust formation processes in electric arc furnaces (EAF) has been carried out, the composition and properties of dust have been investigated, and experimental studies of the zinc and lead selective extraction process in laboratory conditions have been leaded. A dust processing technology has been developed and the possible innovative potential of the expected results has been assessed. The approaches we propose are based on the study of a continuous two-stage process of carbon-free and zinc and lead selective extraction from EAF dust of different composition. One of the main results of the work, along with the creation of a technology that ensures the selective zinc and lead extraction up to 99 %, is the development of a process for neutralizing EAF dust from D&F to an environmentally safe level.

черная металлургияцветные металлысталеплавильная пыльпыль ДСПбезуглеродный процессселективное извлечениеиспарениецинксвинецжелезовторичные ресурсыресурсосбережениезагрязнителикласс опасностиэкологическая безопасностьferrous metallurgynon-ferrous metalssteel dustelectric-arc furnace dust (EAF dustEAFD)carbon-free processselective extractionevaporationzincleadironsecondary resourcesresource savingpollutantshazard classenvironmental safetyРабота выполнена при поддержке Фонда содействия инновациям в рамках программы «УМНИК», договор № 12699ГУ/2017.The work was financially supported by the Fund for the Promotion of Innovations within the framework of the program “UMNIK”, contract No. 12699GU/2017.ReferencesПатрушов А.Е. Оценка технико-экономической эффективности пирометаллургической технологии переработки пылей электросталеплавильного производства // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2020. Т. 24. № 3. С. 672 – 683.Patrushov A.E. Technical and economic efficiency evaluation of pyrometallurgical technology for EAF dust processing. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2020, vol. 24, no. 3, pp. 672–683. (In Russ.).Festus Fatai Adedoyin, Moses Iga Gumede, Festus Victor Bekun etс. Modelling coal rent, economic growth and CO 2 emissions: Does regulatory quality matter in BRICS economies? // Science of the Total Environment. 2020. Vol. 710. Article 136284.Festus Fatai Adedoyin, Moses Iga Gumede, Festus Victor Bekun etc. Modelling coal rent, economic growth and CO 2 emissions: Does regulatory quality matter in BRICS economies? Science of the Total Environment. 2020, vol. 710, article 136284.Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник / Под общ. ред. В.А. Рабиновича. – Л.: Изд-во «Химия», 1977. – 376 с.Rabinovich V.A., Khavin Z.Ya. Kratkii khimicheskii spravochnik [A short chemical reference book]. Rabinovich V.A. ed. Leningrad: Izdatel’stvo “Khimiya”, 1977, 376 p. (In Russ.).Porzio G.F., Colla V., Fornai B. etc. Process integration analysis and some economic-environmental implications for an innovative environmentally friendly recovery and pre-treatment of steel scrap // Applied Energy. 2016. Vol. 161. P. 656 – 672.Porzio G.F., Colla V., Fornai B. etc. Process integration analysis and some economic-environmental implications for an innovative environmentally friendly recovery and pre-treatment of steel scrap. Applied Energy. 2016, vol. 161, pp. 656–672.Симонян Л.М., Алпатова А.А. Прогнозирование поведения цинка и свинца при выплавке электростали // Металлург. 2016. № 7. С. 36 – 37.Simonyan L.M., Alpatova A.A. Prediction of zinc and lead behavior during steel electric smelting. Metallurgist. 2016, vol. 60, no. 7-8, pp. 676-678.Симонян Л.М., Демидова Н.В. Диоксины и фураны в цинксодержащей металлургической пыли: процессы формирования и поведение // Изв. вуз. Черная металлургия. 2019. Т. 62. № 7. С. 557 – 563.Simonyan L.M., Demidova N.V. Dioxins and furans in zinc-containing metallurgical dust: behavior and formation processes. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2019, vol. 62, no. 7, pp. 557–563. (In Russ.).Симонян Л.М., Демидова Н.В. Изучение поведения диоксинов и фуранов в процессе удаления цинка и свинца из пыли ДСП // Изв. вуз. Черная металлургия. 2019. Т. 62. № 11. С. 840 – 845.Simonyan L.M., Demidova N.V. Dioxins and furans` behavior in the process of zinc and lead removing from EAF dust. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2019, vol. 62, no. 11, pp. 840–845. (In Russ.).Еланский Г.Н., Медведев М.Н. Диоксины – экологическая опасность // Сталь. 2000. № 2. С. 82 – 86.Elanskii G.N., Medvedev M.N. Dioxins – ecological hazard. Stal’. 2000, no. 2, pp. 82–86. (In Russ.).Караченцова А.Н., Пономарев А.Я. Проблемные вопросы обеспечения экологической безопасности при утилизации хлорорганических пестицидов // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. 2014. № 4. C. 208 – 213.Karachentsova A.N., Ponomarev A.Ya. Problematic issues of ensuring environmental safety in the disposal of organochlorine pesticides. Modeli, sistemy, seti v ekonomike, tekhnike, prirode i obshchestve. 2014, no. 4, pp. 208–213. (In Russ.).Иванов А.И., Ляндрес М.Б., Прокофьев О.В. Производство магния. – М.: Металлургия, 1979. – 376 с.Ivanov A.I., Lyandres M.B., Prokof’ev O.V. Proizvodstvo magniya [Magnesium production]. Moscow: Metallurgiya, 1979, 376 p. (In Russ.).Stewart D.J.C., Barron A.R. Pyrometallurgical removal of zinc from basic oxygen steelmaking dust – A review of best available technology // Resources, Conservation & Recycling. 2020. Vol. 157. Article 104746.Stewart D.J.C., Barron A.R. Pyrometallurgical removal of zinc from basic oxygen steelmaking dust – A review of best available technology. Resources, Conservation & Recycling. 2020, vol. 157, article 104746.Halli P., Agarwal V., Partinen J. etc. Recovery of Pb and Zn from a citrate leach liquor of a roasted EAF dust using precipitation and solvent extraction // Separation and Purification Technology. 2020. Vol. 236. Article 116264.Halli P., Agarwal V., Partinen J. etc. Recovery of Pb and Zn from a citrate leach liquor of a roasted EAF dust using precipitation and solvent extraction. Separation and Purification Technology. 2020, vol. 236, article 116264.Siame M.C., Kaoma J., Hlabangana N. etc. An attainable region approach for the recovery of iron and zinc from electric arc furnace dust // South African Journal of Chemical Engineering. 2019. Vol. 27. P. 35 – 42.Siame M.C., Kaoma J., Hlabangana N. etc. An attainable region approach for the recovery of iron and zinc from electric arc furnace dust. South African Journal of Chemical Engineering. 2019, vol. 27, pp. 35–42.Xiaolong Lin, Zhiwei Peng, Jiaxing Yan etc. Pyrometallurgical recycling of electric arc furnace dust // Journal of Cleaner Production. 2017. Vol. 149. P. 1079 – 1100.Xiaolong Lin, Zhiwei Peng, Jiaxing Yan etc. Pyrometallurgical recycling of electric arc furnace dust. Journal of Cleaner Production. 2017, vol. 149, pp. 1079–1100.Parsa Khanmohammadi Hazaveh, Saeid Karimi, Fereshteh Rashchi etc. Purification of the leaching solution of recycling zinc from the hazardous electric arc furnace dust through an as-bearing jarosite // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2020. Vol. 202. Article 110893.Parsa Khanmohammadi Hazaveh, Saeid Karimi, Fereshteh Rashchi etc. Purification of the leaching solution of recycling zinc from the hazardous electric arc furnace dust through an as-bearing jarosite. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2020, vol. 202, article 110893.Lanzerstorfer C. Electric arc furnace (EAF) dust: Application of air classification for improved zinc enrichment in in-plant recycling // Journal of Cleaner Production. 2018. Vol. 174. P. 1 – 6.Lanzerstorfer C. Electric arc furnace (EAF) dust: Application of air classification for improved zinc enrichment in in-plant recycling. Journal of Cleaner Production. 2018, vol. 174, pp. 1–6.Al-harahsheh M., Al-Nu’airat J., Al-Otoom A. etc. Treatments of electric arc furnace dust and halogenated plastic wastes: A review // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2019. Vol. 7. No. 1. Article 102856.Al-harahsheh M., Al-Nu’airat J., Al-Otoom A. etc. Treatments of electric arc furnace dust and halogenated plastic wastes: A review. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2019, vol. 7, no. 1, article 102856.Omran M., Fabritius T. Effect of steelmaking dust characteristics on suitable recycling process determining: Ferrochrome converter (CRC) and electric arc furnace (EAF) dusts // Powder Technology. 2017. Vol. 308. P. 47 – 60.Omran M., Fabritius T. Effect of steelmaking dust characteristics on suitable recycling process determining: Ferrochrome converter (CRC) and electric arc furnace (EAF) dusts. Powder Technology. 2017, vol. 308, pp. 47–60.Пат. 2623509 RU. Устройство для селективного получения цинка и свинца из пыли электросталелавильного производства / Симонян Л.М., Шкурко Е.Ф., Алпатова А.А.; заявл. 23.06.16; опубл. 27.06.17. Бюл. № 18.Simonyan L.M., Shkurko E.F., Alpatova A.A. Ustroistvo dlya selektivnogo polucheniya tsinka i svintsa iz pyli elektrostalelavil’nogo proizvodstva [Device for selective obtaining zinc and lead from EAF dust]. Patent RF no. 2623509 MPK C22B7/02. Bulleten’ izobretenii. 2017, no 33. (In Russ.).Пат. 2710250 RU. Способ безуглеродного селективного извлечения цинка и свинца из пыли электросталеплавильного производства и устройство для его реализации / Симонян Л.М., Демидова Н.В.; заявл. 24.07.19; опубл. 25.12.19. Бюл. № 36.Simonyan L.M., Demidova N.V. Sposob bezuglerodnogo selektivnogo izvlecheniya tsinka i svintsa iz pyli elektrostaleplavil’nogo proizvodstva i ustroistvo dlya ego realizatsii [Method of carbon-free selective extraction of zinc and lead from EAF dust and device for its implementation]. Patent RF no. 2710250 MPK C22B 7/02, F27B 17/00. Bulleten’ izobretenii. 2019, no 33. (In Russ.).Bruckard W.J., Davey K.J., Rodopoulos T. etc. Water leaching and magnetic separation for decreasing the chloride level and upgrading the zinc content of EAF steelmaking baghouse dusts // Int. Journal of Mineral Processing. 2005. No. 75. P. 1 – 20.Bruckard W.J., Davey K.J., Rodopoulos T., Woodcock J.T., Italiano J. Water leaching and magnetic separation for decreasing the chloride level and upgrading the zinc content of EAF steelmaking baghouse dusts. Int. Journal of Mineral Processing. 2005, no. 75, pp. 1–20.Wei-Sheng Chen, Yun-Hwei Shen, Min-Shing Tsai, Fang-Chih Chang. Removal of chloride from electric arc furnace dust // Journal of Hazardous Materials. 2011. No.190. P. 639 – 644.Wei-Sheng Chen, Yun-Hwei Shen, Min-Shing Tsai, Fang-Chih Chang. Removal of chloride from electric arc furnace dust. Journal of Hazardous Materials. 2011, no. 190, pp. 639–644.Трусов Б.Г. Программная система TERRA для моделирования фазовых и химических равновесий // Тез. докл. XIV Междунар. конф. по химической термодинамике. – СПб: НИИ Химии СПбГУ, 2002. С. 483.Trusov B.G. TERRA software system for modeling phase and chemical equilibria. In: Tez. dokl. XIV Mezhd. konf. po khim. termodinamike [Abstracts of the XIV Int. Conf. on Chemical Thermodynamics]. St. Petersburg: NII Chimii SPbGU, 2002, p. 483. (In Russ.).Марченко Н.В., Вершинина Е.П., Гильдебрандт Э.М. Металлургия тяжелых цветных металлов: электрон. учеб. пособие [Электронный ресурс]. – Красноярск: ИПК СФУ, 2009. URL: https://c-metal.ru/image/catalog/books/Marchenko.pdf (дата обращения 04.07.2020).Marchenko N.V. Metallurgiya tyazhelykh tsvetnykh metallov [Metallurgy of heavy non-ferrous metals]. Available at URL: https://c-metal.ru/image/catalog/books/Marchenko.pdf (Accessed 04.07.2020). (In Russ.).Демидова Н.В. Исследование поведения цинка, свинца, диоксинов и фуранов при термической обработке металлургической пыли: Дис. магистра. – М.: МИСиС, 2019. – 119 с.Demidova N.V. Issledovanie povedeniya tsinka, svintsa, dioksinov i furanov pri termicheskoi obrabotke metallurgicheskoi pyli: Dis. magistra [Study of the behavior of zinc, lead, dioxins and furans during heat treatment of metallurgical dust: Master`s diss.]. Moscow: MISiS, 2019, 119 p. (In Russ.).ГН 2.1.7.3298–15. Ориентировочные допустимые концентрации (ОДК) полихлорированных дибензо-n-диоксинов и дибензофуранов (в пересчете на 2,3,7,8-тетрахлордибензо-пара-диоксин и его аналоги) в почве населенных мест, сельскохозяйственных угодий и промышленной площадки. URL: http://docs.cntd.ru/document/420306463 (дата обращения 04.06.2020).GN 2.1.7.3298–15. Orientirovochnye dopustimye kontsentratsii (ODK) polikhlorirovannykh dibenzo-n-dioksinov i dibenzofuranov (v pereschete na 2,3,7,8-tetrakhlordibenzo-para-dioksin i ego analogi) v pochve naselennykh mest, sel’skokhozyaistvennykh ugodii i promyshlennoi ploshchadki [GN 2.1.7.3298-15. Approximate permissible concentrations (APC) of polychlorinated dibenzo-ndioxins and dibenzofurans (in terms of 2,3,7,8-tetrachlorodibenzopara-dioxin and its analogs) in the soil of populated areas, agricultural land and industrial sites]. Available at URL: http://docs.cntd.ru/document/420306463 (Accessed 04.06.2020). (In Russ.).Рыкалин Н.Н., Николаев А.В., Горонков О.А. Расчет плотности тока в анодном пятне дуги // Теплофизика высоких температур. 1971. Т. 9. № 5. С. 981 – 985.Rykalin N.N., Nikolaev A.V., Goronkov O.A. Calculation of current density in anode arc spot. Teplofizika vysokikh temperatur. 1971, vol. 9, no. 5, pp. 981–985. (In Russ.).Walburga Keglevich de Buzin P.J., Heck N.C., Faria Vilela A.C. EAF dust: An overview on the influences of physical, chemical and mineral features in its recycling and waste incorporation routes // Journal of Materials Research & Technology. 2016. No. 4. P. 194 – 202.Walburga Keglevich de Buzin P.J., Heck N.C., Faria Vilela A.C. EAF dust: An overview on the influences of physical, chemical and mineral features in its recycling and waste incorporation routes. Journal of Materials Research & Technology. 2016, no. 4, pp. 194–202.Antunes P., Viana P., Vinhas T. etc. Emission profiles of polychlorinated dibenzodioxins, polychlorinated dibenzofurans (PCDD/Fs), dioxin-like PCBs and hexachlorobenzene (HCB) from secondary metallurgy industries in Portugal // Chemosphere. 2012. Vol. 88. No. 11. P. 1332 – 1339.Antunes P., Viana P., Vinhas T. etc. Emission profiles of polychlorinated dibenzodioxins, polychlorinated dibenzofurans (PCDD/Fs), dioxin-like PCBs and hexachlorobenzene (HCB) from secondary metallurgy industries in Portugal. Chemosphere. 2012, vol. 88, no. 11, pp. 1332–1339.Davy C.W. Legislation with respect to dioxins in the workplace // Environment Int. 2004. Vol. 30. No. 2. P. 219 – 233.Davy C.W. Legislation with respect to dioxins in the workplace. Environment Int. 2004, vol. 30, no. 2, pp. 219–233.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.