Исследование процесса безуглеродного селективного извлечения цинка и свинца из пыли ДСП

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.

черная металлургия, цветные металлы, сталеплавильная пыль, пыль ДСП, безуглеродный процесс, селективное извлечение, испарение, цинк, свинец, железо, вторичные ресурсы, ресурсосбережение, загрязнители, класс опасности, экологическая безопасность

1. Патрушов А.Е. Оценка технико-экономической эффективности пирометаллургической технологии переработки пылей электросталеплавильного производства // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2020. Т. 24. № 3. С. 672 – 683.

2. 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.

3. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник / Под общ. ред. В.А. Рабиновича. – Л.: Изд-во «Химия», 1977. – 376 с.

4. 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.

5. Симонян Л.М., Алпатова А.А. Прогнозирование поведения цинка и свинца при выплавке электростали // Металлург. 2016. № 7. С. 36 – 37.

6. 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.

7. 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.

8. Еланский Г.Н., Медведев М.Н. Диоксины – экологическая опасность // Сталь. 2000. № 2. С. 82 – 86.

9. 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.

10. Иванов А.И., Ляндрес М.Б., Прокофьев О.В. Производство магния. – М.: Металлургия, 1979. – 376 с.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. Xiaolong Lin, Zhiwei Peng, Jiaxing Yan etc. Pyrometallurgical recycling of electric arc furnace dust // Journal of Cleaner Production. 2017. Vol. 149. P. 1079 – 1100.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. 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.

23. 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.

24. 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).

25. Демидова Н.В. Исследование поведения цинка, свинца, диоксинов и фуранов при термической обработке металлургической пыли: Дис. магистра. – М.: МИСиС, 2019. – 119 с.

26. 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).

27. 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.

28. 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.

29. 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.

30. Davy C.W. Legislation with respect to dioxins in the workplace // Environment Int. 2004. Vol. 30. No. 2. P. 219 – 233.